همه چیز در مورد چرخ دنده ها و نحوه عملکرد آنها

[EN-EZEL 13039]

چرخدنده ها چگونه کار می کنند؟

گروه علمی تحقیقاتی نفت تایمز:

چرخدنده ها در بسیاری از وسایل مکانِیکی استفاده می شوند.آنها کارهای متفاوت بسیاری انجام می دهند ولی مهمترین آن کاهش دنده در تجهیزات موتوری است.این نقشی کلیدی است زیرا اغلب یک موتور کوچک چرخان با سرعت زیاد می تواند قدرت کافی برای وسیله را تولید کند ولی گشتاور کافی را نمی‌تواند. بعنوان مثال پیچ گوشتی الکتریکی دنده کاهشی بسیار بزرگی دارد زیرا که نیاز به گشتاور پیچشی زیادی برای پیچاندن پیچ دارد. ولی موتور فقط مقدار کمی گشتاور در سرعت بالا تولید می کند.با دنده کاهشی سرعت خروجی کاهش اما گشتاور افزایش می یابد.

کار دیگری که چرخدنده ها انجام می دهند تنظیم کردن جهت چرخش است.بعنوان نمونه در دیفرانسیل بین چرخ های عقب اتومبیل شما قدرت بوسیله میل محوری که به مرکز اتومبیل متصل است منتقل می شود و دیفرانسیل باید ۹۰ درجه نیرو را بچرخاند تا در چرخها بکار برد.

پیچیدگیهای بسیاری در انواع مختلف چرخدنده وجود دارد.در این مقاله خواهیم آموخت که دندانه های چرخدنده چگونه کار می کنند و درباره انواع مختلف چرخدنده که در همه نوع ابزارهای مکانیکی یافت می شوند خواهیم آموخت.

● اصول اولیه

در هر چرخدنده نسبت دنده با فاصله از مرکز چرخدنده تا نقطه تماس تعیین می شود.به عنوان مثال در ابزاری با دو چرخدنده ،اگر قطر یکی از چرخدنده ها ۲ برابر دیگری باشد، ضریب دنده ۲:۱ خواهد بود.یکی از ابتدایی ترین انواع چرخدنده که می توانیم ببینیم چرخی با برامدگی هایی بشکل دندانه های چوبی است.

مشکلی که این نوع از چرخدنده ها دارند این است که فاصله از مرکز هر چرخدنده تا نقطه تماس ،وقتی که چرخدنده می چرخد تغییر می کند.این بدان معنی است که ضریب دنده وقتی چرخدنده می چرخد تغییر می کند.یعنی سرعت خروجی نیز تغییر میکند. چنانچه شما در اتومبیل خود از چرخدنده هایی شبیه به این استفاده کنید،ثابت نگه داشتن سرعت در این شرایط غیر ممکن خواهد بود و شما دائما باید سرعت را کم و زیاد کنید.

دندانه های چرخدنده های نوین پروفیل مخصوصی که دنده گستران (اینولوت involute ) نامیده می شود استفاده می کنند.این پروفیل دارای خاصیت بسیار مهم ثابت نگه داشتن نسبت سرعت بین دو چرخدنده است.در این نوع ، همانند چرخ میخی بالا نقطه تماس جابجا می شود ولی فرم گستران دندانه های چرخدنده این جابجایی را جبران می کند.برای جزئیات به این قسمت مراجعه کنید.در ادامه بعضی از انواع چرخدنده ها را میبینیم

● چرخدنده ساده

چرخدنده های ساده معمولی ترین نوع چرخدنده می باشند.آنها دندانه های صافی دارندو بر روی محورهای موازی سوار می شوند.سابقا چرخدنده های ساده بسیاری برای بوجود آوردن دنده های کاهشی بسیار بزرگی استفاده می شد.

چرخدنده های ساده در دستگاه های بسیاری استفاده می شوند.مانند پیچ گوشتی الکتریکی ، آبپاش نوسانی ، ساعت زنگی ، ماشین لباسشویی و خشک کن لباس .اما شما در اتومبیل خود تعداد زیادی از آن را نخواهید یافت زیرا چرخدنده ساده واقعا” می تواند پر سروصدا باشد.هر وقت دندانه چرخدنده یک دنده را با چرخدنده دیگری درگیر کند دنده ها برخورد کرده و این ضربه صدای بلندی تولید می کند، همچنین فشار روی چرخدنده را افزایش می دهد .برای کاهش دادن صدا و فشار روی چرخدنده اغلب چرخدنده ها در اتومبیل شما مارپیچی می باشند.

● چرخدنده های مارپیچ

وقتی دو دنده بر روی سیستم چرخدنده مارپیچ درگیر می شوند تماس از انتهای یکی از دنده ها شروع شده و بتدریج با چرخش چرخدنده گسترش میابد تا زمانی که دودنده بطور کامل درگیر شوند.

درگیر شدن تدریجی چرخدنده های مارپیچی را وادار می کند که آرامتر و ملایم تر از چرخدنده های ساده عمل کنند.به همین دلیل چرخدنده های مارپیچی تقریبا” در جعبه دنده های همه اتومبیل ها مورد استفاده قرارمی گیرد.

بعلت زاویه دنده ها در چرخدنده های مارپیچ وقتی که دنده ها درگیر می شوند بار محوری بوجود می آورند.دستگاه هایی که از چرخدنده های مارپیچ استفاده می کنندیاتاقان هایی دارند که می توانند این بار محوری را نگه دارند.یک نکته جالب در مورد چرخدنده های مارپیچ این است که اگر زوایای دندانه های چرخدنده صحیح باشند می توا نند روی محور عمودی سوار شده زاویه چرخش را روی ۹۰ درجه تنظیم کنند.

● چرخدنده مخروطی

چرخدنده مخروطی زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر چرخش محور نیاز به تغییر کردن دارد و معمولا”برمحورهای ۹۰ درجه سوار می شوند ولی می توا نند طوری طراحی شوند که در زوایای دیگر نیز به همین خوبی عمل کنند. دندانه ها روی چرخدنده های مخروطی می توانند صاف ، مارپیچی ویا قوسی باشند.دندانه های چرخدنده های مخروطی صاف در حقیقت مشکلی مشابه دنده چرخدنده های ساده دارند.که وقتی هر دنده درگیر می شود به دنده متناظر در آن لحظه ضربه می زند.

درست مانند چرخدنده ساده، راه حل این مشکل انحنا دادن به دندانه های چرخدنده می باشد. این دندانه های مارپیچی درست مانند دندانه های مارپیچی درگیر می شوند تماس از یک انتها ی چرخدنده شروع می شود و به صورت تصاعدی در سرتاسر دندانه گسترش می یابد.

در چرخدنده های مخروطی صاف و مارپیچی محورها باید بر هم عمود باشندو همچنین در یک صفحه واقع شوند. اگر شما دو محور را پشت چرخدنده امتداد دهید همدیگر را قطع خواهند کرد .از طرف دیگر چرخدنده های قوسی (hypoid gear) می توانند با محور ها در صفحات مختلف (محور های متنافر) درگیر شوند.

این خصوصیت در دیفرانسیل اتومبیلهای بسیاری استفاده می شود.چرخدنده بزرگ مخروطی دیفرانسیل و چرخدنده کوچک ورودی (پنیون) هر دو از نوع قوسی (هیپوئیدی) هستند. این به پنیون ورودی اجازه می دهد که پایین تر از محور چرخدنده بزرگ مخروطی سوار شود.شکل بالا پنیون ورودی درگیر با چرخدنده مخروطی بزرگ در دیفرانسیل را نشان می دهد. زمانی که محور محرک اتومبیل به پنیون ورودی متصل می شود پایین تر قرار می گیرد .این بدان معنی است که محور محرک در قسمت سواری جایی را اشغال نمی کند و فضای بیشتری برای سرنشینان و بار ایجاد می کند.

چرخدنده های حلزونی (ترجمه از لیلا علیزاده ساروی)

چرخدنده حلزونی هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به دنده کاهشی بزرگی باشد.برای چرخدنده های حلزونی نسبت کاهش ۲۰:۱ و حتی تا ۳۰۰:۱ یا بالاتر از آن متعارف است.

● چرخدنده حلزونی

بسیاری از چرخدنده های حلزونی خاصیت جالبی دارند که چرخدنده های دیگر ندارند: پیچ حلزون براحتی می تواند چرخدنده را بچرخاند ولی چرخدنده نمیتواند پیچ حلزون را بچرخاند و این بدان علت است که زاویه ی روی پیچ حلزون بقدری کم است که وقتی چرخدنده سعی می کند آنرا بچرخاند نیروی اصطکاک بین چرخدنده و پیچ حلزون آن را در جای خود نگه می دارد و مانع چرخش آن می شود.

این خاصیت برای ماشینهایی از قبیل سیستم های نقاله مکانیکی مورد استفاده است. آنهایی که خاصیت قفل کنندگی در آنها هنگامی که موتور نمی چرخد می تواند همانند یک ترمز برای نقاله عمل کند.

استفاده خیلی جالب دیگر چرخدنده های حلزونی در دیفرانسیل تورسن(Torsen differential) که در بعضی از اتومبیلها و کامیونهای بارکش با کارایی بالا استفاده می شود است.

چرخدنده و میله دنده (ترجمه از لیلا علیزاده ساروی)

چرخدنده و میله دنده برای تبدیل کردن حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می شوند.مثال کاملی از آن فرمان اتومبیلهاست . فلکه فرمان چرخدنده ای که با میله دنده درگیر است را می چرخاند. وقتی که چرخدنده می چرخد میله دنده را به چپ یا راست می لغزاند بسته به آنکه شما فرمان را بکدام سمت می پیچانید.

چرخدنده و میله دنده همچنین در بعضی ترازوها برای گردش صفحه مدرجی که وزن شما را نشان می دهد به کار می رود.

● چرخدنده های سیاره ای و نسبت بین دنده ها

▪ هر مجموعه چرخدنده سیارهای سه جزء اصلی دارد :

- دنده خورشیدی

- دنده سیاره ای و حامل دنده سیاره ای

- دنده بزرگ حلقه ای (رینگی)

هر کدام از این سه جزء می توانند ورودی یا خروجی باشند یا می توانند ثابت نگه داشته شوند.انتخاب کدام قطعه ای برای کدام منظور نسبت دنده را برای چرخدنده ها معین می کند.به یکی از چرخدنده های سیاره ای منفرد نگاهی می اندازیم.

یکی از چرخدنده های سیاره ای جعبه دنده ما یک چرخدنده بزرگ حلقه ای با ۷۲ دننده (کرانویل) و یک چرخدنده خورشیدی با ۳۰ دنده دارد . می توانیم نسبت دنده های بسیاری از این جعبه داشته باشیم.

همچنین قفل شدن هر دو جزء با هم همه ی قطعه را قفل خوا هد کرد و نسبت دنده ۱:۱ خواهد شد

توجه کنید که اولین نسبت دنده ای که در جدول بالا ثبت شده است کاهشی است یعنی سرعت خروجی از سرعت ورودی کمتر است.دومین نسبت دنده پرسرعت است یعنی سرعت خروجی بیشتر از سرعت ورودی است و آخری نیز دوباره کاهشی است ولی مسیر خروجی معکوس شده است.نسبت دنده های مختلف بسیاری از مجموعه چرخدنده بالا می توان استخراج کرد ولی آنهایی که می بینید مربوط به جعبه دنده ی اتوماتیک می باشند.

پس این یکی از مجموعه های چرخدنده است که می تواند همه ی این نسبت دنده های مختلف را بدون درگیر کردن یا خلاص کردن چرخدنده های دیگر تولید کند.با دو تا از این مجموعه چرخدنده ها در یک ردیف ما می توانیم ۴ دنده جلو و یک دنده عقب (معکوس) مورد نیاز در جعبه دنده را داشته باشیم.در قسمت بعدی دو مجموعه از چرخدنده ها را با هم قرار خواهیم داد.

● جزئیات پروفیل چرخدنده گسترانی (اینولوت)

درپروفیل دندانه های چرخدنده گسترانی نقطه تماس ازنزدیکی یکی از دندانه ها شروع شده و با چرخش چرخدنده نقطه تماس از آن چرخدنده دور شده و به دیگری نزدیک می شود.اگر شما نقطه تماس را دنبال کنید، نشانگر یک خط مستقیم است که از یکی از چرخدنده ها شروع شده و در کنار دیگری پایان می یابد.این بدان معنی است که شعاع نقطه تماس با درگیر شدن دندانه ها بزرگتر می شود.

قطر دایره گام قطر تماس موثر است .از آنجایی که قطر تماس ثابت نمی باشد قطر دایره گام واقعا فاصله تماس متوسط است.وقتی که دندانه ها ابتدا شروع به درگیر شدن می کنند دندانه چرخدنده بالایی به دندانه چرخدنده پایینی در داخل قطر دایره گام برخورد می کند.اما توجه کنید که آن قسمت از دنده بالا که با دنده پایین تماس پیدا می کند، در آن نقطه بسیار لاغر است.با چرخش چرخدنده نقطه تماس به سمت قسمت ضخیم تر دندانه چرخدنده بالایی لغزیده می شود.این امر دنده بالایی را به جلو رانده بنا براین جبرانی برای قطر تماس اندکی کوچکتر می باشد.با ادامه دادن دندانه ها به چرخیدن نقطه تماس دور تر شده حتی از قطر دایره گام خارج می شود.اما پروفیل دندانه های پایینی جبرانی برای این جابجایی است.نقطه تماس شروع به لغزیدن به سمت قسمت لاغر دندانه پایینی می کند مقدار کمی از سرعت چرخدنده بالایی برای جبران قطر تماس افزوده شده،کم می کند.نتیجه نهایی این است که حتی اگر قطر نقطه تماس بطور ممتد تغییر کند سرعت ثابت باقی می ماند.بنابراین پروفیل دندانه چرخدنده گسترانی یک نسبت سرعت دورانی ثابت تولید می کند.

ترجمه از لیلا علیزاده ساروی/

[Amin 6457]

فولاد

 

انواع مختلف فولاد کاربرد فراوانی در ساخت چرخدنده دارند که این به دلیل حیطه ی وسیع و تغییر پذیر مشخصات همراه با قابل دسترس بودن و توانایی ترکیب استحکام بالا و قیمت کم در واحد کیلو گرم . انواع وسیع فولاد که بکار می روند از فولاد های کربنی ساده تا فولاد های پر آلیاژ درجه بندی می شوند . باز فولادهای بکاررفته خود در مقدار کربن متفاوت اند . انتخاب نهایی ، البته با توجه به فاکتور هایی چون مقدار استحکام ، اندازه ی مورد نیاز چرخدنده ، شرایط کار و سایر ملاک های طراحی انجام می شود .

 

فاکتور بسیار مهم برای طراحی یک مجموعه چرخدنده سختی چرخدنده های ترکیبی است که در مجموعه تحت فشار قرار می گیرند .با تغییر دادن مقدار سختی چرخدنده ها از کم به زیاد امکان تقلیل حجم مجموعه به نصف میسر می شود و به این وسیله وزن نیز به 8/1 مقدار اولیه می رسد که در نتیجه ، طراحی خلاصه تر و صرفه جویی بیشتر و هزینه ها کمتر می گردد که شامل مواد و فضای مورد نیاز است .

 

تا آنجایی که به سختی ارتباط دارد چرخدنده های فولادی به دو گروه کلی تقسیم می شوند:

 

آن هایی که تحت سخت کاری سطحی قرار گرفته اند و آن هایی که سخت سازی کامل شده اند . سخت کاری سطحی تنها سطح دندانه ها را سخت می کند و هسته ی چرخدنده تقریبا نرم باقی می ماند . سخت کاری سطحی توسط پروسه های معمولی چون کربورایزینگ ، نیتریدینگ ، سخت کاری شعله ای و القایی انجام می شود . ظرفیت نیرو مربوط به چرخدنده ها اساسا به چیزی به نام دوام سطح وابسته است . دوام سطح را مقاومت در مقابل سایش نیز می گویند و آن توانایی مقاومت سطح چرخدنده در مقابل یک نوع خستگی به نام پیتینگ ( تخلخل سطحی ) که در اثر تنش های تماسی به وجود می آید است .

 

دوام سطح نتیجه ی استحکام فشاری است که این به نوبه ی خود به طور مستقیم با سختی در رابطه است . استحکام فشاری بالا ظرفیت بار را افزایش می دهد بدلیل اینکه بار مجاز روی دندانه ها با توان دوم استحکام فشاری تغییر می کند . پس می توان نتیجه گیری کرد استحکام فشاری با سختی متناسب است همچنین دوام سطح بیشتر در گرو داشتن استحکام فشاری بالا است . از این رو طراحان باید بکوشند تا به سختی های بالا دست یابند اما در اینجا محدودیتی که وجود دارد این است که در سختی بالا فولاد ترد و شکننده می شود . طراحان باید میان سختی و انعطاف پذیری توازن برقرار کنند .

 

غالبا چرخدنده های سطح سخت شده در مقایسه با چرخدنده های کامل سخت شده تحمل بار بیشتری دارند اما چرخدنده های کامل سخت شده در عمل آرام تر و بی صدا ترند . و نیز دارای دوام بیشتر و هزینه ی کمتراند در عین حال در مقابل تغییر شکل آسیب پذیرند و برای حرکت های پرسرعت پیشنهاد نمی شوند . به علاوه بدون سنگ زنی این چرخدنده ها نمی بایست در مواردی که دقت بسیار مهم است بکار روند . این چرخدنده ها دارای استحکام مرکزی بیشترند بدلیل مقدار کربن بیشتر اما به همین دلیل دارای چقرمگی و مقاومت به سایش کمتر اند . سختی به طور معمول بین 30-55 راکول سی تغییر می کند . این چرخدنده ها غلابا برای استحکام معتدل و مقاومت به ضربه مفید اند . در حرارت دهی دوباره ، چرخدنده های سخت شده ی فولادی تمپر می شوند تا ملشین کاری دندانه ها راحت تر صورت گیرد . بدین وسیله مقداری از سختی کاسته می شود اما سایر خواص به قشری و مرزی تغییر می کنند .

 

بدلیل نرمی نسبی هسته ، چرخدنده های سطح سختی شده دارای چقرمگی داخلی اند که این به چرخدنده ها مقاومت در مقابل ضربه و شک را می دهد .

 

در اینجا انواع روش های سخت سازی سطحی فقط نام برده می شود.

کربورایزینگ

نیتریدینگ

القایی

شعله ای

 

 

 

فولاد ریختگی برای چرخدنده ها

 

هنگامی که چرخدنده ها از فولاد ریختگی ساخته شوند فولاد بکار رفته باید با الزامات و خواص شیمیایی که در قوانین مربوط به فولاد چرخدنده ها قرار می گیرند مطابقت کند . معمولا ، چنین فولادی در کوره ی باز یا الکتریکی ساخته می شود . باید توجه شود که تمام فولاد های ریخته شده برای چرخدنده باید بطور کامل نرماله یا آنیل گردد . دما و زمان عملیات حرارتی باید مناسب انتخاب شود تا در نهایت ساختار های دانه ای بدون عملیات حرارتی شده باقی نماند . ما تا کنون در مورد فولاد کربنی بحث کرده ایم . از زمره ی فولاد های آلیاژی منگنز – نیکل با درصد بالا مقاومت در مقابل حرارت ، سایش و تنش های خمشی بالایی ارایه می دهند . فولاد های ضد زنگ مارتنزیتی برای چرخدنده ها زمانی بکار می روند که خواص مکانیکی بالا همراه با مقاومت در مقابل خوردگی لازم و ضروری است . وقتی که چرخدنده ای با سطح مقطع بزرگ باید سخت شود فولاد های آلیاژی پیشنهاد می شود زیرا عناصر آلیاژی سختی پذیری لازم را به قطعه کار می دهند . واقعیت این است فولاد های آلیاژی به نسبت فولاد های کربنی بیشتر تابع و مهیای روش های عملیات حرارتی اند همچنین در مورد چرخدنده هایی با سطح مقطع و شکل ویژه نتایج زیان باری ندارند .

 

عموما در مصارف صنعتی فولاد های کربنی ساده ی عملیات حرارتی شده بسیار معمول ترند از فولاد های آلیاژی که این به دلیل هزینه ی زیاد این آلیاژها در بسیاری از ملاحظات طراحی و شرایط کاری .

 

فولاد های کربنی ساده برای بسیاری از کاربرد های صنعتی بسیار مفید و اقتصادی اند . هنگامی که فولاد آلیاژی عملیات حرارتی شده را با فولاد کربنی عملیات حرارتی شده مقتیسه می کنیم فولاد آلیازی فواید زیر را به ما می دهد :

 

 

 

1- درصد کربن و شرایط کوئنچ شدن یکسان است ، فولاد های آلیاژی توان تولید سطح و عمق سخت شده ی بیشتری دارند .

 

2- فولاد آلیاژی دارای نقطه تسلیم بالا تر و کاهش و افزایش سطح بیشتری است بنابراین دارای چقرمگی بیشتری است .

 

3- در دماهای پایین کوئنچ ممکن است به یک سطح سخت شده ی یکسان برسیم بعلاوه قطعات فولاد های آلیاژی کمتر در معرض تغییر شکل قرار می گیرند .

 

4- سایز دانه ها ریزتر است در نتیجه مقاومت در مقابل ضربه و سایششان بیشتر است .

 

5- توانایی ماشین کاری بالا و سختی بیشتر نسبت به فولاد کربنی ساده .

 

عناصر آلیاژی مختلف خواص متفاوتی را به فولاد می دهند . کاراکترهای مربوط به این عناصر به طور خلاصه در زیر شرح داده می شود . در اینجا فقط تاثیر عناصر آلیاژی مطرح است و مقدار و درصد کربن را ثابت در نظر می گیریم .

 

نیکل - باعث افزایش سختی و استحکام ، و کاهش مرزی شکل پذیری .

 

کرومیوم – سختی و استحکام را بالا می برد حتی بالا تر از مقداری که با نیکل بدست می آید اما کاهش شکل پذیری در اینجا زیاد است .

 

وانادیوم - افزایش سختی و استحکام و چکش خواری . مقاومت در مقابل ضربه زیاد ولی ماشین کاری آن سخت است .

 

منگنز - تاثیرش مانند وانادیوم است .

 

مولیبدینوم - استحکام را بالا می برد ولی روی شکل پذیری تاثیری ندارد . خواص خوبی از لحاظ شکل پذیری به آلیاژ می دهد .

 

کروم – نیکل - این ترکیب استحکام بالایی را نتیجه می دهد ، شکل پذیری بیشتر و مقاومت به سایش اما ماشین کاری خوبی ندارد و عملیات حرارتی آن سخت است .

 

کروم – وانادیوم - تقریبا مشابه ترکیب ترکیب کروم نیکل است اما سختی پذیری ، استحکام ضربه ای و مقاومت در مقابل سایش بهتری دارد .

 

کروم – مولیبدنیوم - از لحاظ عملی شبیه فولاد مولیبدنی ساده است اما عمق سختی پذیری بیشتر است و مقاومت به سلیش بیشتری دارد . ماشین کاری خوب و عملیات حرارتی مطمئن دارد .

 

نیکل – مولیبدن- مشابه خواص فولاد های کروم مولیبدنیوم است . چکش خواری بیشتر اما ماشین کاری آن خیلی خوب نیست .

 

 

 

آهن ریختگی

 

چرخدنده های ساخته شده از آهن ریختگی ارزان است و ظرفیت ضربه ی زیادی دارد . وقتی چرخدنده ها دارای شکل پیچیده می شوند در موارد مشخص آهن ریختگی تنها انتخاب است . آهن ریختگی نسبت به فولاد ضعیف تر و ترد تر است . گرافیت زیادی که در آهن ریختگی وجود دارد نقش روانکاری را انجام می دهد و از سایش دندانه ها جلوگیری می کند . هنگامی که ظرفیت بار بیشتر و استحکام در برابر تنش های تماسی مطرح است ممکن است از گرافیت کروی و یا چدن مالیبل استفاده شود . در سال هلی اخیر چرخ دنده های سینتر شده توسط فرایند های متالورژی پودر از پودر آهن ساخته شده که دارای هزینه ی کم ماشین کاری است و در جایی که استحکام آنقدر مورد نیاز نیست بکار می روند . این چرخدنده ها دارای مقاومت سایشی و روانکاری ساده اند .

 

 

 

فلزات غیر آهنی

 

در میان فلزات غیر آهنی که در ساخت چرخدنده کاربرد دارند آلیاژ برنز دارای بیشترین استفاده است. انواع مختلف برنزها به عنوان ماده ی خام برای چرخدنده بکار می رود و این بخاطر مقاومت خوب آن در مقابل نیرو های برشی است که به طور مثال در حلزون و چرخ حلزون وجود دارد .همچنین مانند چدن ، برنز ها نیز به سهولت می توانند برای دست یابی به اشکال پیچیده در صورت لزوم ریخته شوند .

 

فسفر برنز برای حلزون و چرخ حلزون پیشنهاد می شود که همراه با سختی بالا و دقت فراوان است و معمولا برای بار متوسط و سرعت متوسط تا زیاد بکار می رود .

 

قلع برنز ها استحکام خوب و سختی و ارتجاعیت مناسبی دارند و برای حلزون و چرخ حلزون در موارد مختلف بکار می روند . سیلیکون برنز ها دارای خواص مشابه با فسفر برنز ها هستند . در کنار اینها سرب برنز ؛ منگنز برنز ؛ آلومینیوم برنز و نیکل برنز نیز کاربرد بسیاری به عنوان مواد چرخدنده پیدا کرده اند .

 

 

 

مواد غیر فلزی

 

علاوه بر انتخاب چرخ دنده های فلزی گاهی اوقات به سبب آرام کار کردن و بی صدایی چرخ دنده ها را از مواد نساجی یا چوب و یا فیبر و یا پوست خام تهیه می نمایند . وزن این نوع چرخ دنده کم بوده و چرخ دنده های تهیه شده از مواد نساجی نیز غیر قابل نفوذ آب می باشند و در مقابل روغن دوام دارند که معمولا آن ها بچرخ دنده های بی صدا معروفند.

 

کار چرخ دنده های ساخته شده از مواد نساجی مثل نووتکست و رزیتکست که عبارتند از قشر نخ متراکمی که با صمغ مصنوعی تحت حرارت و فشار زیاد پرس شده رضایت بخش است و لنکنوفل که عبارت است از الیاف چوبی که با صمغ مصنوعی تحت حرارت زیاد پرس شده باشد .

 

چرخ دنده های نساجی و فیبری برای دستگاه های راه انداز بکار برده نمی شود زیرا در غیر این صورت دنده های آن ها خواهد شکست .

 

موارد استعمال این نوع چرخ دنده ها برای انتقال سرعت های زیاد و فشار کم در حالی که جنس چرخ دنده ی درگیر با آن ها از فلز انتخاب گردد مناسب می باشد .

 

منبع:HANDBOOK of GEAR TECHNOLOGY

/manufacture.blogfa.com

[Amin 6457]

چرخدنده ها چگونه کار می کنند؟

 

چرخدنده ها در بسیاری از وسایل مکانِیکی استفاده می شوند.آنها کارهای متفاوت بسیاری انجام می دهند ولی مهمترین آن کاهش دنده در تجهیزات موتوری است.این نقشی کلیدی است زیرا اغلب یک موتور کوچک چرخان با سرعت زیاد می تواند قدرت کافی برای وسیله را تولید کند ولی گشتاور کافی را نمی‌تواند.

 

چرخدنده ها در بسیاری از وسایل مکانِیکی استفاده می شوند.آنها کارهای متفاوت بسیاری انجام می دهند ولی مهمترین آن کاهش دنده در تجهیزات موتوری است.این نقشی کلیدی است زیرا اغلب یک موتور کوچک چرخان با سرعت زیاد می تواند قدرت کافی برای وسیله را تولید کند ولی گشتاور کافی را نمی‌تواند. بعنوان مثال پیچ گوشتی الکتریکی دنده کاهشی بسیار بزرگی دارد زیرا که نیاز به گشتاور پیچشی زیادی برای پیچاندن پیچ دارد. ولی موتور فقط مقدار کمی گشتاور در سرعت بالا تولید می کند.با دنده کاهشی سرعت خروجی کاهش اما گشتاور افزایش می یابد.

کار دیگری که چرخدنده ها انجام می دهند تنظیم کردن جهت چرخش است.بعنوان نمونه در دیفرانسیل بین چرخ های عقب اتومبیل شما قدرت بوسیله میل محوری که به مرکز اتومبیل متصل است منتقل می شود و دیفرانسیل باید ۹۰ درجه نیرو را بچرخاند تا در چرخها بکار برد.

پیچیدگیهای بسیاری در انواع مختلف چرخدنده وجود دارد.در این مقاله خواهیم آموخت که دندانه های چرخدنده چگونه کار می کنند و درباره انواع مختلف چرخدنده که در همه نوع ابزارهای مکانیکی یافت می شوند خواهیم آموخت.

● اصول اولیه

در هر چرخدنده نسبت دنده با فاصله از مرکز چرخدنده تا نقطه تماس تعیین می شود.به عنوان مثال در ابزاری با دو چرخدنده ،اگر قطر یکی از چرخدنده ها ۲ برابر دیگری باشد، ضریب دنده ۲:۱ خواهد بود.یکی از ابتدایی ترین انواع چرخدنده که می توانیم ببینیم چرخی با برامدگی هایی بشکل دندانه های چوبی است.

مشکلی که این نوع از چرخدنده ها دارند این است که فاصله از مرکز هر چرخدنده تا نقطه تماس ،وقتی که چرخدنده می چرخد تغییر می کند.این بدان معنی است که ضریب دنده وقتی چرخدنده می چرخد تغییر می کند.یعنی سرعت خروجی نیز تغییر میکند. چنانچه شما در اتومبیل خود از چرخدنده هایی شبیه به این استفاده کنید،ثابت نگه داشتن سرعت در این شرایط غیر ممکن خواهد بود و شما دائما باید سرعت را کم و زیاد کنید.

دندانه های چرخدنده های نوین پروفیل مخصوصی که دنده گستران (اینولوت involute ) نامیده می شود استفاده می کنند.این پروفیل دارای خاصیت بسیار مهم ثابت نگه داشتن نسبت سرعت بین دو چرخدنده است.در این نوع ، همانند چرخ میخی بالا نقطه تماس جابجا می شود ولی فرم گستران دندانه های چرخدنده این جابجایی را جبران می کند.برای جزئیات به این قسمت مراجعه کنید.در ادامه بعضی از انواع چرخدنده ها را میبینیم

● چرخدنده ساده

چرخدنده های ساده معمولی ترین نوع چرخدنده می باشند.آنها دندانه های صافی دارندو بر روی محورهای موازی سوار می شوند.سابقا چرخدنده های ساده بسیاری برای بوجود آوردن دنده های کاهشی بسیار بزرگی استفاده می شد.

چرخدنده های ساده در دستگاه های بسیاری استفاده می شوند.مانند پیچ گوشتی الکتریکی ، آبپاش نوسانی ، ساعت زنگی ، ماشین لباسشویی و خشک کن لباس .اما شما در اتومبیل خود تعداد زیادی از آن را نخواهید یافت زیرا چرخدنده ساده واقعا" می تواند پر سروصدا باشد.هر وقت دندانه چرخدنده یک دنده را با چرخدنده دیگری درگیر کند دنده ها برخورد کرده و این ضربه صدای بلندی تولید می کند، همچنین فشار روی چرخدنده را افزایش می دهد .برای کاهش دادن صدا و فشار روی چرخدنده اغلب چرخدنده ها در اتومبیل شما مارپیچی می باشند.

● چرخدنده های مارپیچ

وقتی دو دنده بر روی سیستم چرخدنده مارپیچ درگیر می شوند تماس از انتهای یکی از دنده ها شروع شده و بتدریج با چرخش چرخدنده گسترش میابد تا زمانی که دودنده بطور کامل درگیر شوند.

درگیر شدن تدریجی چرخدنده های مارپیچی را وادار می کند که آرامتر و ملایم تر از چرخدنده های ساده عمل کنند.به همین دلیل چرخدنده های مارپیچی تقریبا" در جعبه دنده های همه اتومبیل ها مورد استفاده قرارمی گیرد.

بعلت زاویه دنده ها در چرخدنده های مارپیچ وقتی که دنده ها درگیر می شوند بار محوری بوجود می آورند.دستگاه هایی که از چرخدنده های مارپیچ استفاده می کنندیاتاقان هایی دارند که می توانند این بار محوری را نگه دارند.یک نکته جالب در مورد چرخدنده های مارپیچ این است که اگر زوایای دندانه های چرخدنده صحیح باشند می توا نند روی محور عمودی سوار شده زاویه چرخش را روی ۹۰ درجه تنظیم کنند.

● چرخدنده مخروطی

چرخدنده مخروطی زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که مسیر چرخش محور نیاز به تغییر کردن دارد و معمولا"برمحورهای ۹۰ درجه سوار می شوند ولی می توا نند طوری طراحی شوند که در زوایای دیگر نیز به همین خوبی عمل کنند. دندانه ها روی چرخدنده های مخروطی می توانند صاف ، مارپیچی ویا قوسی باشند.دندانه های چرخدنده های مخروطی صاف در حقیقت مشکلی مشابه دنده چرخدنده های ساده دارند.که وقتی هر دنده درگیر می شود به دنده متناظر در آن لحظه ضربه می زند.

درست مانند چرخدنده ساده، راه حل این مشکل انحنا دادن به دندانه های چرخدنده می باشد. این دندانه های مارپیچی درست مانند دندانه های مارپیچی درگیر می شوند تماس از یک انتها ی چرخدنده شروع می شود و به صورت تصاعدی در سرتاسر دندانه گسترش می یابد.

در چرخدنده های مخروطی صاف و مارپیچی محورها باید بر هم عمود باشندو همچنین در یک صفحه واقع شوند. اگر شما دو محور را پشت چرخدنده امتداد دهید همدیگر را قطع خواهند کرد .از طرف دیگر چرخدنده های قوسی (hypoid gear) می توانند با محور ها در صفحات مختلف (محور های متنافر) درگیر شوند.

این خصوصیت در دیفرانسیل اتومبیلهای بسیاری استفاده می شود.چرخدنده بزرگ مخروطی دیفرانسیل و چرخدنده کوچک ورودی (پنیون) هر دو از نوع قوسی (هیپوئیدی) هستند. این به پنیون ورودی اجازه می دهد که پایین تر از محور چرخدنده بزرگ مخروطی سوار شود.شکل بالا پنیون ورودی درگیر با چرخدنده مخروطی بزرگ در دیفرانسیل را نشان می دهد. زمانی که محور محرک اتومبیل به پنیون ورودی متصل می شود پایین تر قرار می گیرد .این بدان معنی است که محور محرک در قسمت سواری جایی را اشغال نمی کند و فضای بیشتری برای سرنشینان و بار ایجاد می کند.

چرخدنده های حلزونی (ترجمه از لیلا علیزاده ساروی)

چرخدنده حلزونی هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به دنده کاهشی بزرگی باشد.برای چرخدنده های حلزونی نسبت کاهش ۲۰:۱ و حتی تا ۳۰۰:۱ یا بالاتر از آن متعارف است.

● چرخدنده حلزونی

بسیاری از چرخدنده های حلزونی خاصیت جالبی دارند که چرخدنده های دیگر ندارند: پیچ حلزون براحتی می تواند چرخدنده را بچرخاند ولی چرخدنده نمیتواند پیچ حلزون را بچرخاند و این بدان علت است که زاویه ی روی پیچ حلزون بقدری کم است که وقتی چرخدنده سعی می کند آنرا بچرخاند نیروی اصطکاک بین چرخدنده و پیچ حلزون آن را در جای خود نگه می دارد و مانع چرخش آن می شود.

این خاصیت برای ماشینهایی از قبیل سیستم های نقاله مکانیکی مورد استفاده است. آنهایی که خاصیت قفل کنندگی در آنها هنگامی که موتور نمی چرخد می تواند همانند یک ترمز برای نقاله عمل کند.

استفاده خیلی جالب دیگر چرخدنده های حلزونی در دیفرانسیل تورسن(Torsen differential) که در بعضی از اتومبیلها و کامیونهای بارکش با کارایی بالا استفاده می شود است.

چرخدنده و میله دنده (ترجمه از لیلا علیزاده ساروی)

چرخدنده و میله دنده برای تبدیل کردن حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می شوند.مثال کاملی از آن فرمان اتومبیلهاست . فلکه فرمان چرخدنده ای که با میله دنده درگیر است را می چرخاند. وقتی که چرخدنده می چرخد میله دنده را به چپ یا راست می لغزاند بسته به آنکه شما فرمان را بکدام سمت می پیچانید.

چرخدنده و میله دنده همچنین در بعضی ترازوها برای گردش صفحه مدرجی که وزن شما را نشان می دهد به کار می رود.

● چرخدنده های سیاره ای و نسبت بین دنده ها

▪ هر مجموعه چرخدنده سیارهای سه جزء اصلی دارد :

- دنده خورشیدی

- دنده سیاره ای و حامل دنده سیاره ای

- دنده بزرگ حلقه ای (رینگی)

هر کدام از این سه جزء می توانند ورودی یا خروجی باشند یا می توانند ثابت نگه داشته شوند.انتخاب کدام قطعه ای برای کدام منظور نسبت دنده را برای چرخدنده ها معین می کند.به یکی از چرخدنده های سیاره ای منفرد نگاهی می اندازیم.

یکی از چرخدنده های سیاره ای جعبه دنده ما یک چرخدنده بزرگ حلقه ای با ۷۲ دننده (کرانویل) و یک چرخدنده خورشیدی با ۳۰ دنده دارد . می توانیم نسبت دنده های بسیاری از این جعبه داشته باشیم.

همچنین قفل شدن هر دو جزء با هم همه ی قطعه را قفل خوا هد کرد و نسبت دنده ۱:۱ خواهد شد

توجه کنید که اولین نسبت دنده ای که در جدول بالا ثبت شده است کاهشی است یعنی سرعت خروجی از سرعت ورودی کمتر است.دومین نسبت دنده پرسرعت است یعنی سرعت خروجی بیشتر از سرعت ورودی است و آخری نیز دوباره کاهشی است ولی مسیر خروجی معکوس شده است.نسبت دنده های مختلف بسیاری از مجموعه چرخدنده بالا می توان استخراج کرد ولی آنهایی که می بینید مربوط به جعبه دنده ی اتوماتیک می باشند. در پویا نمایی زیر می توانید مشاهده کنید:

پس این یکی از مجموعه های چرخدنده است که می تواند همه ی این نسبت دنده های مختلف را بدون درگیر کردن یا خلاص کردن چرخدنده های دیگر تولید کند.با دو تا از این مجموعه چرخدنده ها در یک ردیف ما می توانیم ۴ دنده جلو و یک دنده عقب (معکوس) مورد نیاز در جعبه دنده را داشته باشیم.در قسمت بعدی دو مجموعه از چرخدنده ها را با هم قرار خواهیم داد.

● جزئیات پروفیل چرخدنده گسترانی (اینولوت)

درپروفیل دندانه های چرخدنده گسترانی نقطه تماس ازنزدیکی یکی از دندانه ها شروع شده و با چرخش چرخدنده نقطه تماس از آن چرخدنده دور شده و به دیگری نزدیک می شود.اگر شما نقطه تماس را دنبال کنید، نشانگر یک خط مستقیم است که از یکی از چرخدنده ها شروع شده و در کنار دیگری پایان می یابد.این بدان معنی است که شعاع نقطه تماس با درگیر شدن دندانه ها بزرگتر می شود.

قطر دایره گام قطر تماس موثر است .از آنجایی که قطر تماس ثابت نمی باشد قطر دایره گام واقعا فاصله تماس متوسط است.وقتی که دندانه ها ابتدا شروع به درگیر شدن می کنند دندانه چرخدنده بالایی به دندانه چرخدنده پایینی در داخل قطر دایره گام برخورد می کند.اما توجه کنید که آن قسمت از دنده بالا که با دنده پایین تماس پیدا می کند، در آن نقطه بسیار لاغر است.با چرخش چرخدنده نقطه تماس به سمت قسمت ضخیم تر دندانه چرخدنده بالایی لغزیده می شود.این امر دنده بالایی را به جلو رانده بنا براین جبرانی برای قطر تماس اندکی کوچکتر می باشد.با ادامه دادن دندانه ها به چرخیدن نقطه تماس دور تر شده حتی از قطر دایره گام خارج می شود.اما پروفیل دندانه های پایینی جبرانی برای این جابجایی است.نقطه تماس شروع به لغزیدن به سمت قسمت لاغر دندانه پایینی می کند مقدار کمی از سرعت چرخدنده بالایی برای جبران قطر تماس افزوده شده،کم می کند.نتیجه نهایی این است که حتی اگر قطر نقطه تماس بطور ممتد تغییر کند سرعت ثابت باقی می ماند.بنابراین پروفیل دندانه چرخدنده گسترانی یک نسبت سرعت دورانی ثابت تولید می کند.

منبع:

 

ترجمه از لیلا علیزاده ساروی

پارسی خودرو

[EN-EZEL 13039]

انواع چرخ دنده ها

چرخ دنده های ساده

 

این چرخ دنده‌ها ساده ترین چرخ دنده هایی هستند که دیده اید. آنها دندانه های مستقیم دارند و محور دو چرخ نیز موازی با یکدیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آنها را در کنار هم قرار می‌دهند تا سرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند. شکل 1

در تعداد زیادی از وسایل از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباسشویی، پنکه و ... . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند. هر بار که دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می‌رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می‌شود. می‌توانید مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده‌ها با هم کار کنند، چه سر و صدایی راه می‌اندازند؟ تازه این برخورد‌ها در دراز مدت، باعث شکستن دندانه‌ها می‌شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده‌ها در بیشتر اتومبیلها از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می‌کنند.

 

چرخ دنده های مارپیچ

 

دندانه این چرخ دنده‌ها اریب است. وقتی یکی از آنها می‌چرخد، ابتدا نوک دندانه‌ها با هم تماس پیدا می‌کنند سپس به تدریج دو دندانه کاملاً در هم جفت می‌شوند. این درگیری تدریجی همان چیزی است که هم سر و صدا را کم می‌کند و هم باعث می‌شود که این چرخ دنده‌ها نرم تر کار کنند. شکل 2

در ماشین تعداد زیادی چرخ دنده مارپیچ وجود دارد. به خاطر مایل بودن دندانه ها، هنگام درگیری نیروی زیادی به آنها وارد می‌شود. به همین علت در وسایلی که از چرخ دنده های مارپیچی استفاده می‌کنند بلبرینگ هایی تعبیه شده است تا این فشار را تحمل کند. اگر زاویه دندانه‌ها را به دقت تنظیم کنیم، می‌توان دو چرخ دنده را به دو محور عمود بر هم وصل کرد تا جهت چرخش 90 درجه تغییر کند.

چرخ دنده های مخروطی

 

این چرخ دنده‌ها بهترین وسیله تغییر جهت هستند. معمولاً از آنها برای تغییر جهت 90 درجه استفاده می‌شود، ولی می‌توان طراحی را طوری انجام داد که در زاویه های دیگر نیز کار کنند. شکل 3

دندانه های آنها ممکن است مستقیم یا پیچ دار باشد. اما اگر دندانه‌ها صاف باشد همان مشکل چرخ دنده های ساده را دارند. در دندانه های پیچ دار این مشکل برطرف شده است، ولی در هر دوی آنها باید محور چرخ دنده‌ها در یک صفحه قرار داشته باشد. شکل 4

گاهی می‌خواهیم محور چرخها در یک صفحه نباشند. در چنین شرایطی از چرخ دنده هایی مانند شکل روبرو استفاده می‌کنیم. شکل 5

در دیفرانسیل بسیاری از اتومبیلها از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. این طراحی امکان آن را ایجاد می‌کند که محور چرخ دنده بیرونی پایین تر از محور چرخ دنده حلقوی قرار داده شود. شکل روبرو محور بیرونی ورودی را نشان می‌دهد که در تماس با چرخ حلقوی قرار گرفته است. از آنجایی که محور محرک (Drive Shaft) ماشین به چرخ بیرونی متصل می‌شود، پایین آمدن چرخ بیرونی امکان پایین آوردن محور محرک را هم ایجاد می‌کند، پس می‌توان محور را پایینتر آورد و در عوض فضای بیشتری را به سرنشینان اتومبیل اختصاص داد.

 

 

 

چرخ دنده های حلزونی

 

این چرخ دنده‌ها زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بخواهیم تغییر زیادی در سرعت و یا قدرت ایجاد کنیم. معمولاً نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 است و گاهی حتی به 300:1 و بیشتر نیز می‌رسد. شکل 6

این چرخ دنده‌ها یک خاصیت جالب هم دارند که در هیچ چرخ دنده دیگری پیدا نمی شود. چرخ بالایی (حلزون) می‌تواند به راحتی چرخ دیگر (چرخ دنده حلزونی) را حرکت دهد، ولی چرخ پایینی نمی تواند حلزون رابچرخاند. زاویه دنده های روی حلزون آنقدر کوچک است که وقتی چرخ پایینی بخواهد آن را بچرخاند، اصطکاک به حدی زیاد می‌شود که از حرکت حلزون جلوگیری می‌کند. این ویژگی به ما امکان استفاده از این چرخ دنده‌ها را در جاهایی که به یک قفل خودکار نیاز داریم می‌دهد. فرض کنید از این چرخ دنده در یک بالابر استفاده کرده ایم؛ وقتی موتور بالابر از کار بیفتد، چرخ دنده‌ها قفل می‌شوند و نمی گذارند بار پایین بیاید. معمولاً در دیفرانسیل کامیونها و خودروهای سنگین از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود.

 

چرخ دنده شانه ای

 

این چرخ دنده‌ها برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می‌شوند. یک مثال خوب برای این چرخ دنده‌ها فرمان اتومبیل است. فرمان، چرخ دنده ای را می‌چرخاند که با چرخ شانه ای در تماس است. وقتی شما فرمان را می‌چرخانید، با توجه به جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ و یا راست حرکت می‌کند و باعث حرکت چرخها می‌شود. در برخی از ترازوها نیز برای چرخاندن عقربه از سیستم مشابهی استفاده می‌شود.

-3چرخدنده های هیپوئیدی

چرخ دنده ی هیپوئیدی مشابه چرخ دنده ی مارپیچی مخروطی است ولی در اینجا پینیون میتواند کمتر از شش دندانه داشته باشد در حالی که در چرخ دنده ی مخروطی کمترین دندانه دوازده است . این نوع چرخدنده دو نوع نیروی شعاعی و محوری را به یاتاقان وارد می آورد .

 

 

2) چرخ دنده ی حلزونی

این چرخ دنده ها برای انتقال حرکت میان دو محور متقاطع که دارای زاویه ی نود درجه هستند بکار می رود . این شامل حلزون و چرخ حلزون می باشد . حلزون دارای دندانه های مارپیچی است وو چرخ حلزون دارای دندانه هایی است که با دندانه های حلزون پیچ میشود . این دو دارای جهت مارپیچ یکسانی هستند اما زاویه ی مارپیچ برای حلزون و چرخ حلزون متفاوت است ؛ این نوع چرخ دنده دو نیروی شعاعی و محوری را به یاتاقان وارد می آورد .

در چرخ دنده ی حلزونی یک راهه ، در هنگام درگیری ، ما فقط یک خط تماس داریم ولی در چرخ دنده ی حلزونی دو راهه ما در هنگام درگیری ، یک سطح تماس داریم به همین دلیل چرخ دنده ی حلزونی دوبل قابلیت انتقال قدرت بیشتری دارد .

 

چرخدنده در محورهای متنافر

 

1) چرخ دنده ی مارپیچی متقاطع :

چرخدنده ی مارپیچی متقاطع برای انتقال حرکت میان دو محور متنافر استفاده می شود . نمونه ای از این در شکل نشان داده شده است . چرخ دنده به تنهایی مانند چرخ دنده ی مارپیچ است . چرخ دنده ی مارپیچ برای محورهای موازی کاربرد داشت و سمت مارپیچ در دو چرخ دنده ی درگیر شده مخالف بود ؛ زاویه ی مارپیچ در دو چرخ دنده مساوی و اندازه ی گام متناسب با نسبت دندانه ها بود . در چرخ دنده ی مارپیچی متقاطع جهت مارپیچ در دو چرخ دنده ی درگیر می تواند موافق یا مخالف باشد و زاویه ی مارپیچ نیز می تواند با هم فرق کند و اندازه ی گام با نسبت دندانه ها تناسبی ندارد . تنها مدول نرمال و اندازه ی نرمال گام برای چرخ دنده های محرک و متحرک با هم یکسان است . در هنگام درگیری در چرخدنده ی مارپیچی متقاطع فقط یک نقطه ی تماس به طور نظری وجود دارد اما در چرخ دنده های کمی فرسوده بجای نقطه یک خط تماس وجود دارد که این باعث می شود میزان انتقال قدرت از حالت تماس نقطه ای بسیار بیشتر باشد . این چرخ دنده ها دو نیرو محوری و شعاعی را به یاتاقان وارد می کنند .

4) صفحه دنده :

صفحه دنده دارای دندانه هایی است که صفحه ی چرخ دنده را قطع می کنند . آن ها بسیار مشابه چرخ دنده ی مخروطی اند . پینیون با صفحه دنده درگیر می شود و زاویه ی بین دو محور نود درجه است .

3) چرخدنده ی مخروطی زرول :

زرول نام تجاری شرکت گلیسون است در آمرئکا که به نوع خاصی از چرخ دنده ی مخروطی مارپیچی اشاره می کند . در اینجا زاویه ی مارپیچ صفر است و از آنجا به آن نام زرول داده اند . د راینجا دو نیروی شعاعی و محوری به یاتاقان وارد می شود .

2) چرخدنده ی مخروطی مارپیچی :

چرخدنده های مخروطی مارپیچی نیز همانند چرخ دنده ی مخروطی دندانه مستقیم برای انتقال حرکت از دو محور متقاطع که زاویه ی بین آن ها نود درجه است بکار می روند . دندانه ها در اینجا به صورت منحنی هستند و به سمت نوک مخروط جمع شده اند . این چرخ دنده دو نیروی محوری و شعاعی را به یاتاقان وارد می آورد .

چرخدنده ها در محورهای متقاطع

 

1) چرخدنده ی مخروطی دندانه مستقیم :

چرخدنده ی مخروطی دندانه مستقیم برای انتقال حرکت میان دو محور متقاطع بکار می رود که زاویه ی معمول بین دو شفت نود درجه می باشد . دندانه ها در این نوع چرخ دنده مستقیم اند و به طور مخروطی قرار گرفته و به طرف نوک مخروط همگرا هستند . این چرخ دنده ها دو نیروی شعاعی و محوری را به یاتاقان وارد می کنند . نمونه ای از چرخ دنده ی مخروطی دندانه مستقیم در شکل نشان داده شده است .

 

2 -چرخدنده ی مارپیچی :

 

دندانه ها در چرخدنده ی مارپیچی در صحفه ی عرضی و در امتداد محور و زاویه ی مشخص که همان زاویه ی مارپیچ است دوران می کنند. این دندانه ها می توانند به صورت راست گرد و چپ گرد باشند . چرخدنده های مارپیچی می توانند به صورت داخلی و یا خارجی با هم جفت شوند ولی نوع داخلی آن معمول نیست . در نوع خارجی سمت دندانه ها باید مخالف باشد یعنی یکی راست گرد ودیگری چپ گرد اما در نوع داخلی بر خلاف خارجی باید از یک نوع باشند . دو چرخدنده علاوه بر این ها باید دارای زاویه مارپیچ یکسانی باشند . در شکل چرخدنده ی مارپیچی ساده از نوع خارجی نشان داده شده است .گاهی اوقات از چرخدنده های مارپیچی دوبل نیز استفاده می شود که در آن هر چرخدنده دارای هر دو نوع دندانه ی راست و چپ می باشد . به طور معمول فاصله ی کوچکی میان دو مارپیچ وجود دارد اما چرخدنده هایی وجود دارد که هیچ فاصله ای بین دو مارپیچ وجود ندارد . چرخدنده ی مارپیچی دوبل چرخدندهخ ی پیکانی و جناغی نیز نامیده می شود . چرخدنده ی مارپیچی ساده هر دو نوع نیروی محوری و شعاعی را بر یاتاقان وارد می آورد . چرخدنده ی مارپیچی دوبل تنها نیروی شعاعی بر یاتاقان وارد می کند زیرا در آن نیروی محوری توسط دو مارپیچ با دو سمت مخالف خنثی می شود . در شکل نمونه ای از چرخدنده ی مارپیچی نشان داده شده است . اگر ما چرخدنده ی مارپیچی خارجی را شعاع بی نهایت فرض کنیم در نتیجه یک چرخ شانه ی ماپیچی خواهیم داشت . پهلو های این چرخ شانه صاف است و مستقیم اما مسیر این دندانه ها با صفحه ی زیرین خود زاویه ای ایجاد می کند . چرخ دنده ی ساده را می توان یک چرخدنده ی مارپیچی با زاویه مارپیچ صفر در نظر گرفت .

معرفی چرخدنده ها با محورهای موازی

 

1) چرخ دنده ی ساده :

چرخدنده های ساده در انتقال حرکت در محورهای موازی بسیار معمول و متداول هستند . این چرخ دنده ها نیروی شعاعی به یاتاقان وارد می کنند و دندانه های آن مستقیم و با محور چرخدنده موازی هستند و می توانند داخلی و یا خارجی باشند . در شکل هر دو نوع چرخدنده ی ساده ی داخلی و خارجی نشان داده شده است . یک نوع چرخدنده ی ساده ی خارجی که دارای شعاع بینهایت است نیز در شکل نشان داده شده است که به آن چرخ دنده ی شانه ای گفته می شود .

[EN-EZEL 13039]

شیار vشکل: نمونه ی شیار vشکل در ماشین تراش دیده میشود.زاویه ی بین شیار وی می تواند بیشتر از 90 درجه باشد که در این صورت با انحراف 45 درجه کله گی می توان شیار را ایجاد کرد ولی اگر زاویه بیشتر از 90 درجه باشد نمی توان با انحراف کله گی شیار را ایجاد کرد که در این صورت باید از ابزار های دیگری برای ایجاد شیار استفاده کرد.در زاویه ی کمتر از 90 درجه نیز ما میتوانیم با انحراف نصف زاویه ی مورد نظر در کله گی شیار را ایجاد کرد. چرخ دنده: شرط در گیری زوج چرخ دنده مساوی بودن مدول و نوع واحد هر کدام میباشدیک چرخ دنده خود به تنهایی کاربرد نداردو از ان زمانی استفاده می شود که انتقال حرکت و تغیر نیرو و تغیرات دوران مورد نظر باشد.

در یک چرخ دنده مورد های زیر را باید بشناسیم.

1.مدول : ارتفاع سر دنده

2.گام :فاصله ی یک نقطه ی انتخابی روی دنده تا نقطه ی مشابه در دنده دیگر

3.قطر دایره ی گام : از نقطه ی درگیری دو دنده قطر دایره ی گام بوجود میاید

4.قطر پای دنده 4. قطر سر دنده 5. پهنای دنده 6. پروفیل دنده 7.تعداد دندانه (z)

مدول را در صنعت باm نشان می دهند که اکثر محاسبات باان است و با ان چرخ دنده را میشناسند و عبارت است از فاصله ی سر دندانه تا قطر موثر (قطر دایره گام ) .

تعداد دندانه در چرخ دنده ها از 12 کمتر نیست و کوچکترین مدول در صنعت 1 میلیمتر است که بعد از ان مقدار 25/0 به هرکدام اضافه میشودکه این مورد تا 4 میلیمتر ادامه میابد بعد از 4 میلیمتر به هر کدام 5/0 میلی متر اضافه میشود ودامنه ی این مورد تا 8 میلیمتر میباشد که انتخاب مدول بیشتر از ان ازاد می باشد .

انواع چرخ دنده گوناگون است مانند : ساده , مخروطی و جناغی و....که شکل بعضی را مشاهده میکنید.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

در زیر

در شکل زیر یک جعبه دنده مشاهده میشود.

در جدول زیر روابط چرخ دنده ها نشان داده شده است.

(da=do*2m df=do-(2m+2c

hf=m+c do=m*z ____u=p*z ___b=10m )h=m+m+c c=0/167*m

[EN-EZEL 13039]

چرخ دانده های ماشین چگونه کار می کند؟

 

تا به حال پشت فرمان ماشین نشسته اید؟ پیش دست راننده چطور؟ همیشه اولین سوالی که برای بچه ها در این موقعیت پیش می آید این است که چرا راننده مجبور است مدام دنده عوض کند؟ چرا نمی شود فقط با بیشتر گاز دادن، تندتر رفت؟

 

اگر کمی درباره دنده بدانید، سوال هایتان هم کمی پیشرفته تر می شود. ممکن است از خودتان بپرسید وقتی در دنده عوض کردن اشتباه می کنید، آیا دنده ها خرد می شوند یا اینکه وقتی کلاچ را زود رها می کنید یا دیر کلاچ می گیرید، سر و صدایی که می شنوید از کجا می آید. آیا ممکن است در اثر رانندگی اشتباه، دنده ها خراب شوند؟

می توانید پاسخ همه این سوال ها را خودتان پیدا کنید. فقط کافی است کمی همت و حوصله به خرج دهید.

دنده چه کار می کند؟

 

ماشین ها دنده می خواهند چون دور موتور آنها نباید از حد معینی بالاتر رود. اگر دقت کرده باشید در کنار سرعت سنج ماشین ها عقربه دیگری وجود دارد که دور موتور را نشان می دهد. در قسمت انتهایی این عقربه ناحیه ای وجود دارد که با رنگ قرمز مشخص شده است. اگر موتور ماشین مدتی در این محدوده کار کند، از کار می افتد. اگر سرعت کار موتور از حد معینی تجاوز کند حتی ممکن است باعث انفجار آن شود.

 

 

علاوه بر این، بیشترین توان و گشتاور موتور در یک محدوده خاص از دور موتور به دست می آید و هرچه از این محدوده دور شویم، توان موتور افت می کند. کاری که دنده می کند اینست که بدون تغییر دور موتور، امکان رسیدن به سرعت های مختلف را فراهم می نماید. با دنده عوض کردن موتور را در بهترین وضعیت خود حفظ می کنید، اما در عین حال می توانید در سرعت های مختلف برانید.

 

دنده از یک طرف توسط کلاچ به موتور وصل می شود و از طرف دیگر با یک محور به دیفرانسیل متصل است. حرکت از موتور می آید، سرعت و قدرت آن در دنده تنظیم میشود و توسط محور و دیفرانسیل به چرخ ها منتقل می شود. در یک ماشین پنج دنده معمولی، پنج جفت چرخ دنده با نسبت های مختلف وجود دارد که پنج سرعت مختلف را در خروجی ایجاد می کنند. در جدول زیر تعدادی از این نسبت ها به عنوان مثال آورده شده است.

 

دنده نسبت چرخ دنده ها سرعت چرخش محور خروجی از جعبه دنده(دور در دقیقه) 1 315:1/2 1295 2 568:1/1 1913 3 195:1/1 2510 4 000:1/1 3000 5

915:1/0

3278 در جدول بالا فرض شده است که دور موتور در 3000 دور در دقیقه ثابت باقی بماند.

یک دنده ساده

 

برای اینکه با نحوه کار دنده ماشین آشنا شوید، در این شکل، جعبه دنده یک ماشین فرضی نشان داده شده است که بسیار ساده است و فقط دو دنده دارد. فرض کرده ایم دنده ماشین خلاص است، یعنی هیچ نیرویی از موتور به چرخ ها منتقل نمی شود. بیایید با هم نگاهی به قسمت های مختلف شکل بیندازیم تا وظیفه هر یک را برای شما شرح دهیم:

• محور سبز رنگ به کلاچ متصل است. این محور و چرخ دنده سبز با هم کار می کنند. کلاچ ابزاری است که انتقال نیروی موتور به جعبه دنده را کنترل می کند. وقتی پایتان را روی کلاچ فشار می دهید، ارتباط موتور و جعبه دنده قطع می شود؛ پس موتور می تواند کار کند در حالیکه ماشین ثابت است. اگر پدال را رها کنید، محور سبز به موتور متصل می شود و چرخ دنده سبز رنگ با همان سرعت موتور شروع به چرخش می کنند.

 

• محور قرمز و چرخ دنده های قرمز رنگ، "محور کمکی" نامیده می شود. کل این مجموعه به هم متصل است، پس تمام چرخ دنده های روی آن با هم حرکت می کنند. محور سبز و محور قرمز توسط دو چرخ دنده مستقیما به هم متصل اند و اگر محور سبز حرکت کند، محور قرمز نیز می چرخد؛ به این ترتیب هر وقت که پای شما روی کلاچ نباشد، قدرت از موتور به محور کمکی می رسد.

 

• محور زرد یک محور دندانه دار است که محور محرک را می چرخاند. محور محرک نیز از طریق دیفرانسیل به چرخ های ماشین متصل می شود و آنها را به حرکت در می آورد. هر زمان که چرخ های ماشین بچرخند، محور زرد هم در حال چرخش است.

 

• چرخ دنده های آبی روی بلبرینگ قرار گرفته اند، پس می توانند مستقل از محور زرد بچرخند. اگر موتور خاموش باشد ولی ماشین حرکت کند، محور زرد می تواند در درون این چرخ دنده ها بچرخد، درحالیکه چرخ دنده های آبی و محور کمکی بی حرکت هستند.

 

• وظیفه حلقه این است که یکی از دو چرخ دنده آبی را به محور زرد خروجی متصل کند. حلقه از طریق تعدادی برجستگی خار مانند به محور زرد متصل می شود و آن را می چرخاند. حلقه می تواند به چپ و راست حرکت کند تا با یکی از دو محور آبی رنگ درگیر شود. روی حلقه برآمدگی هایی است که با سوراخ هایی که روی دو چرخ دنده تعبیه شده است، جفت می شود.( این برآمدگیها را به خاطر بسپارید، چون جواب بعضی از سوالهایتان به آن مربوط می شود. )

 

حالا که نحوه کار هر یک از این قسمت ها را فهمیدید، فرض می کنیم که ماشین با دنده یک حرکت کند. همان طور که در شکل زیر می بینید وقتی با دنده یک جلو می روید، حلقه به چرخ دنده آبی سمت راست می چسبد.

 

محور سبز که به موتور متصل است محور کمکی را می چرخاند. هردو چرخ دنده آبی شروع به حرکت می کنند، اما چون حلقه به چرخ دنده سمت راست متصل است، محور زرد با سرعتی برابر آن حرکت می کند. چرخ دنده آبی سمت چپ هم روی بلبرینگ خود هرز می چرخد.

 

اگر حلقه بین دو دنده باشد می گوییم دنده خلاص است. هر دو چرخ دنده آبی روی بلبرینگ های خود می چرخند اما محور زرد ثابت است. دنده واقعی کمی پیچیده تر از مثال ساده ماست.

دنده واقعی

 

مدل سازی زیر قسمت های داخلی جعبه دنده یک ماشین چهار دنده را نشان می دهد. روی شماره دنده ها کلیک کنید تا دنده عوض شود. R دنده عقب و N وضعیت خلاص را نشان می دهد.

 

 

بیشتر ماشین های امروزی پنج دنده هستند. اگر می توانستید داخل جعبه دنده آنها را ببینید با چیزی شبیه این شکل مواجه می شدید.

سه اهرم وجود دارند که با سه میله به دسته دنده وصل می شوند. اگر از بالا به دنده نگاه کنید ظاهری شبیه به شکل بعد دارد. اگر دقت کنید می بینید که دنده ها دو تا دو تا در کنار هم قرار گرفته اند. دو دنده ای که در کنار هم هستند، به یک اهرم متصل می شوند. توجه کنید که وقتی می خواهید از دنده یک به دنده سه بروید، مجبورید که از یک نقطه میانی عبور کنید. وقتی از این نقطه رد می شوید در واقع یکی از اهرم ها از کار می افتد و اهرم دیگر جایگزین آن می شود(انگار دنده را یک بار خلاص کنید و بعد به دنده مورد نظر بروید). می توانید ببینید که وقتی دسته دنده را به چپ و راست حرکت می دهید اهرمهای مختلف و در نتیجه حلقه های متفاوتی را انتخاب می کنید. وقتی که دنده را جلو یا عقب می برید، حلقه به یکی از چرخ دنده ها می چسبد و با آن حرکت می کند.

دنده عقب

 

برای دنده عقب، یک چرخ دنده کوچک اضافه شده است. این چرخ دنده نقش خاصی ندارد و فقط جهت حرکت را عوض می کند. این چرخ دنده را "چرخ دلاله" می نامند. دنده عقب که در شکل کناری با رنگ آبی نشان داده شده است، همیشه در جهت مخالف تمام چرخ دنده های آبی رنگ دیگر می چرخد. بنابراین وقتی ماشین در حال حرکت رو به جلو است، نمی توانید ناگهان با دنده عقب حرکت کنید؛ چون برآمدگی های روی حلقه با سوراخ های روی چرخ دنده، درگیر نمی شوند.

همگام ساز، قطعه ای کوچک با کارایی بالا

 

در دنده بسیاری از ماشین های مدرن، قطعه ای بنام همگام ساز (Synchronizer) وجود دارد. دنده ای که در شکل نشان داده شده بود، فاقد همگام ساز بود. اگر بخواهید از این دنده در یک ماشین واقعی استفاده کنید، برای دنده عوض کردن باید دو بار کلاچ بگیرید. تمام ماشین های قدیمی همین طور بودند. هنوز هم تعدادی از ماشین های مسابقه ای با این سیستم کار می کنند.

فکر می کنید چرا باید دوبار کلاچ بگیرید؟

 

بار اول که کلاچ می گیرید، ارتباط موتور با جعبه دنده قطع می شود. پس فشار از روی برآمدگی های روی حلقه برداشته می شود تا شما بتوانید حلقه را به حالت خلاص منتقل کنید. بعد کلاچ را رها می کنید و موتور را به سرعت مناسب می رسانید. منظور از سرعت مناسب، دور موتوری است که با دنده بعدی تناسب دارد. یعنی کاری می کنید که برآمدگی های روی حلقه و چرخ دنده ای که مربوط به دنده بعدی است با سرعت یکسانی بچرخند تا برآمدگی های روی حلقه بتواند در چرخ دنده جفت شود. حالا مجبورید یک بار دیگر کلاچ را فشار دهید تا حلقه و دنده جدید با هم درگیر شوند.

 

همگام ساز این امکان را ایجاد می کند که حلقه و دنده، قبل از جفت شدن برآمدگی های روی حلقه، با هم تماس برقرار کنند. بنابراین حلقه و دنده می توانند قبل از اینکه چرخ دنده با برآمدگی های روی حلقه درگیر شود، سرعتشان را با هم وفق دهند. به شکل روبرو دقت کنید.

 

مخروطِ روی چرخ دنده آبی رنگ، در حفره مخروطی حلقه قرار می گیرد و اصطکاک آن با حلقه باعث همگام شدن حرکت حلقه و دنده می شود. سپس بخش بیرونی حلقه طوری می لغزد که برآمدگی های روی حلقه بتواند با دنده درگیر شود.

 

هر کمپانی شیوه و ایده های خاص خود را برای ساختن دنده به کار می برد، اما اساس کار تمام آنها همان چیزی است که خواندید. حالا چند نکته به شما می گوییم که به احتمال زیاد جواب سوال هایی است که پیش از خواندن این مطلب در ذهن شما وجود داشت:

 

• وقتی در تعویض دنده اشتباه می کنید، سر و صدای عجیبی که می شنوید صدای خرد شدن چرخ دنده های جعبه دنده نیست. همانطور که در تمام شکل های قبلی دیدید، تمام چرخ دنده های جعبه دنده همیشه در حال چرخش اند. صدا مربوط به برآمدگی های روی حلقه است که می خواهند درون سوراخ های یکی از دنده ها قرار گیرند، اما به دلیل بی دقتی شما نمی توانند این کار را انجام دهند.

 

• حالا می توانید بفهمید که چطور یک حرکت خطی کوچک دسته دنده باعث تعویض دنده می شود. دسته دنده، میله ای را جابجا می کند که به اهرم متصل است. اهرم نیز حلقه روی محور زرد رنگ را جابجا می کند تا آن را به یکی از دو چرخ دنده بچسباند.

[EN-EZEL 13039]

لغزش

با اینکه مفصل های چرخشی و خمشی برای اغلب مصارف مناسب هستند.اما گاهی لازم است دو قطعه در کنار هم بلغزند.در این حالت می توان از وسایل مشابه برای تسهیل در لغزیدن قطعات استفاده کرد و یک مفصل لغزشی بوجود آورد.

جعبه دنده

برای انتقال قدرت معمولا ترکیبی از چند چرخ دنده بکار می رود که این مکانیزم جعبه دنده (gear box)نامیده می شود.

چرخ دنده خاری

در این چرخ دنده می توان دنده ها را بصورت خار و عمود بر سطح چرخ دنده نیز قرار داد.به این نوع چرخ دنده خاری(crown gear)می گویند.

چرخ دنده مخروطی

چرخ دنده دیگری که در آن دنده ها بصورت شعاعی ولی عمود بر سطح چرخ دنده قرار می گیرند و می تواند جهت حرکت را با زوایای مختلف تغییر دهد چرخ دنده مخروطی(bevel gear)است.چرخ دنده مخروطی نسبت به چرخ دنده خاری دارای قدرت بیشتری در انتقال گشتاور است.

چرخ دنده مارپیچ

چرخ دنده مارپیچ(worm gear)نیز می تواند باعث تغییر 90 درجه در جهت حرکت شود.نکته قابل توجه در چرخ دنده مارپیچ این است که این چرخ دنده می تواند مستقیما با چرخ دنده معمولی درگیر شود.یکی دیگر از کاربردهای چرخ دنده مارپیچ یکسو کردن انتقال قدرت است.یعنی قدرت فقط در یک جهت چرخش منتقل می شود و اگر جهت چرخش ورودی معکوس شود قدرت منتقل نخواهد شد.

کوپلر

کوپلر(coupler)وسیله ایست که قدرت را از یک قطعه به قطعه دیگر منتقل می کند.

دیفرانسیل

دیفرانسیل(differential)سیستمی از چرخ دنده هاست که امکان می دهد تا قدرت به محورهای خروجی(مثلا چرخ ها)منتقل شود و در ضمن آنها بتوانند با سرعت های مختلف بچرخند.دیفرانسیل بگونه ای طراحی شده تا مجموع قدرت منتقل شده به محورها ثابت بماند.اگر یکی از چرخ ها قدرت بیشتری مصرف کند دیگری باید کمتر بچرخد.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

ضامن

گاهی لازم است که یک چرخ دنده(نه کل سیستم)فقط بتواند در یک جهت بچرخد در این موارد میتوان از وسیله کوچکی بنام خار یا ضامن(ratchet)استفاده کرد.وقتی چرخ دنده در جهت مستقیم می چرخد ضامن بسادگی روی آن می لغزد.ولی اگر حرکت آن معکوس شود ضامن با دنده درگیر شده و اجازه حرکت به چرخ دنده را نمی دهد

[EN-EZEL 13039]

روغن کاری لازم هم می شویم بعضی وقت ها، ما. چون حقیقتش این است که هنوز گرفتار چرخ دنده هاییم، یعنی سیستم های درونی بعضی ها هنوز نرم افزاری نشده اند انگار، وقتی که رو به کهنگی می روند، سر و صدا دارند و دور و بری هایشان را هم شریک می کنند و فرآیند انقضای دسته جمعی برای یک زنجیره ی انسانی چرخ دنده ای و پیچ و مهره ای! دور از ذهن نیست.

تصورش چقدر دل آزار است، که فضای روابط انسانی بوی گریس و روغن و رنگ چرک و صدای آهن و پتک می گیرد.

[EN-EZEL 13039]

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

پمپ روغن چرخ دنده ای

پمپ روغن روتوری

[EN-EZEL 13039]

قبل از اینکه به سراغ چرخدنده سیارهای برویم لازم است تعریفی از سیستم انتقال قدرت داشته باشیم.

در اینجا به تعریفی از سیستم انتقال نیرو در سیستم اتوماتیک اتومبیل می پردازیم :

سیستم انتقال نیرو چیست؟

 

سیستم انتقال نیرو مجموعه ای است که به انتهای موتور متصل است و قدرت موتور را به چرخ های محرک می رساند. هر اتومبیل در محدوده ی خاصی از دور موتور RPM (Reudution PER Minute) به حداکثر کارکرد خود می رسد. یک سیستم انتقال نیروی مناسب ضمن نگهداشتن دور موتور در این محدوده قدرت موتور را به چرخ های محرک انتقال می دهد تا اتومبیل به بهترین وجه رانده شود. این کار به وسیله ی ترکیب دنده ها و محورهای متعدد صورت می گیرد. زمانی که اتومبیل روی دنده ی یک است، دور موتور بسیار بالا تر از دور چرخ های محرک است. در حالی که در دنده های بالا موتور حتی در سرعت های بالا تر از 70 MPH (110km/h ) آزاد کار می کند. به غیر از دنده های جلو هر گیر بکس اتوماتیک دارای یک وضعیت خلاص است که سیستم انتقال نیرو را از چرخ های محرک جدا می کند. دنده ی عقب باعث می شود که چرخ های محرک در جهت معکوس گردش کنند که اجازه ی عقب رفتن به اتومبیل می دهد. در نهایت در این گیربکس ها یک وضعیت پارک (park position) نیز وجود دارد. در این وضعیت یک مکانیزم قفل کننده درون شفت اصلی وارد می شود و چرخ های محرک را قفل می کند تا آن ها را از چرخش باز دارد.

دو نوع سیستم انتقال نیرو وجود دارد:

1) دفرنسیال عقب (rear wheel drive)

2) دفرنسیال جلو(front wheel drive)

در اتومبیل های دیفرانسیل عقب سیستم انتقال نیرو معمولا پشت موتور ، زیر برآمدگی وسط کف اتومبیل در امتداد پدال گاز سوار می شود. برای اتصال محور محرک که عقب اتومبیل قرار دارد به سیستم انتقال قدرت از یک میل گردان (drive shaft) استفاده می شود تا قدرت را به محور انتقال دهد. شار قدرت در این سیستم ها ساده است؛ به صورتی که قدرت به صورت مستقیم از اتومبیل به مبدل گشتاور (torque converter) و سپس سیستم انتقال قدرت و میل گردان(drive shaft)منتقل می شود تا جایی که به محور محرک (final drive) برسد و در آن جا تقسیم شده و به دو چرخ فرستاده می شود.

در یک اتومبیل دیفرانسیل جلو ، سیستم انتقال قدرت و محور جلو با هم ترکیب شده و قطعه ای به نام ترانس اکسل (transaxle) ساخته می شود. در اتومبیل های دیرانسیل جلو موتور اصولا به صورت عرضی سوار می شود و اکسل در پایین، جلوی موتور قرار دارد. محور های جلو مستقیما به اکسل متصلند و نیروی رانشی چرخ ها را فراهم می کند. در چنین ساختاری شار قدرت از موتور به سمت مبدل گشتاور جاری می شود و سپس توسط سلسله شاره گر هایی پس از تغییر جهت °180 به سمت سیستم انتقال نیرو که در کنار موتور است می رود. در این قسمت قدرت از طریق سیستم انتقال قدرت مستقیما به محور محرک فرستاده می شود و پس از تقسیم به چرخ ها منتقل می شود.

چینش های دیگری در اتومبیل های دیفرانسیل جلو که موتور آن ها به صورت طولی قرار می گیرد، وجود دارد. همچنین خودرو هایی موجود است که هر دو محور عقب و جلو در آن ها محور محرک است؛ اما دو سیستم فوق الذکر معمول ترین چینش های انتقال قدرت هستند. از جمله ی دیگر چینش ها می توان به مدلی اشاره کرد که موتور، سیستم انتقال و تبدیل نیرو و محور محرک همگی در قسمت عقب ماشین قرار دارند. این چینش یشتر در ماشین های پورشه(Porsche) معمول است.

اجزای سیستم انتقال نیرو:

 

سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک مدرن از قطعات بی شماری تشکیل شده اند که همه به صورت یک سیستم مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی هوشمند کار می کنند. این تکنولوژی در طول سال های گذشته توسط افراد مستعد رشد و نمو داشته است. در این جا با توضیحات ساده و به دور از پیچیدگی های خاص به شرح کار می پردازیم. برای تصور کردن نحوه ی کار قطعات باید در تصور خود آن ها را مجسم کنید.

قطعات اصلی تشکیل دهنده ی یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک عبارت اند از:

a) گروه دنده های سیارکی ( (set planetary gearسیستم هایی مکانیکی اند که نسبت دور موتور و چرخ ها را تنظیم می کنند.

b) سیستم هیدرولیکی (hydraulic system) که با فشار روغن را توسط پمپ روغن از طریق محفظه ی سوپاپ به گیربکس می فرستد تا کلاچ ها و رشته ها عمل کنند و در نتیجه گروه دنده های سیارکی کنترل می شوند.

c) آب بند ها و واشرها (seals & gaskets) که برای جلوگیری از نشت روغن پر فشار استفاده می شوند.

d) مبدل گشتاور پیچشی (torque Converter) که شبیه به یک کلاچ عمل می کند و به اتومبیل در حالی که در دنده است و موتور در حال گردش با دور بالاست ، اجازه ی ایست یا کم کردن سرعت می دهد.

e) گاورنور ((governor و تعدیل کننده (modulator) که سرعت اتوموبیل ، وضعیت پدال گاز را کنترل می کند تا زمان تعویض دنده را محاسبه کند. در ماشین های جدید تر تعویض دنده توسط کامپیوتر کنترل می شود. کامپیوتر از بوبین های کوچک برای ارسال روغن در زمان مناسب به جزء مناسب برای تعویض دنده استفاده می کند.

دستگاه دنده خورشیدی:

 

تعریف اولیه: یکی از جالب ترین چرخ دنده هایی که اختراع شده است، چرخ دنده خورشیدی است. فرض کنید می‌خواهید دو چرخ دنده داشته باشید که سرعت یکی n برابر دیگری باشد، اما جهت چرخش آنها با هم یکی باشد. برای این کار از چرخ دنده خورشیدی استفاده می شود.

مجموعه چرخدنده سیاره ای

 

یک مجموعه خورشیدی و یا سیاره ای مطابق شکل شامل یک دنده خورشیدی یا دنده مرکزی (زرد) که با دنده های هرز گرد سیاره ای یا پنیونها که روی محور نگهدارنده ان به طور یکپارچه روی قفسه یا حامل سیاره ای(سبز) قرار گرفته و قفسه هم در داخل دنده داخلی یا رینگی(ابی) احاطه شده است. محور چرخ دنده خورشيدي ثابت و محور چرخ دنده هاي سياره اي متحرک است . مجموعه چرخ دنده هاي اپي سيكليك (سياره اي)اغلب زماني مفيد هستند كه نسبت سرعت به گشتاور زيادي در يك مجموعه فشرده از چرخ دنده ها مورد نياز باشد.

تنش های محرک روی دندانه های زیادی وارد میشود و بنابراین بار متعادل میگردد درنتیجه این طرح دوام زیادتری پیدا میکند . دنده های خورشیدی نسبت به دنده های استاندارد میتوانند مقاومتر باشند وگشتاورهای زیاد را انتقال دهند.

عضوهای مجموعه خورشیدی (رینگی ،خورشیدی ،قفسه )در گیربکسهای اتوماتیک به وسیله ی کلاچ ها و باندهایی ثابت و یا محرک میشوند. در حالت کلی میتوان پنج حالت مختلف را در مجموعه مورد بررسی قرار داد.البته باید دانست که مجموعه نمیتواند پنج حالت را در گیربکس داشته باشد.در گیربکس ها برای ایجاد نسبت دنده ی مناسب از دو و یا سه مجموعه استفاده میکنند.

برای بررسی حالت ها باید به چند نکته توجه کرد

تعداد دنده های خورشیدی

منظور از محرک ،عضوی است که گشتاور ورودی به ان وارد میشود و نیرو را به عضو متحرک منتقل میکند.

نسبت دنده برابر است با تعداد دنده های متحرک تقسیم بر تعداد دنده های محرک

حالت های مختلف موجود در دستگاه :

 

1)قانون خلاص : هیچ عضوی درگیر نمی باشد.

2)قانون مستقیم که کافی است دو عضو با هم یکپارچه شوند.

3) دنده عقب : در این حالت قفسه ثابت می شود و دو حالت خواهیم داشت که حالت مطلوب ان این است که خورشیدی محرک باشد و رینگی متحرک باشد. چون در این حالت افزایش گشتاور خواهیم داشت .حالت دوم افزایش نسبت دنده خواهیم داشت که برای دنده عقب مناسب نیست.

4) قانون دنده سنگین : که دو حالت دارد

(قفسه متحرک – رینگی محرک – خورشیدی ثابت)

( قفسه متحرک– رینگی ثابت – خورشیدی محرک )بیشترین افزایش گشتاور

5)قانون اور درایو:

(قفسه محرک – رینگی ثابت – خورشیدی متحرک )بیشترین افزایش نسبت دنده

(قفسه محرک – رینگی متحرک – خورشیدی ثابت)

بررسی انتقال قدرت در مجموعه خورشیدی

 

برای بررسی حالت ها باید ادراک خوبی داشت تا جهت دور اجزا را مجسم کرد. اگر ماکت این مجموعه را داشته باشید درک آن آسان تر خواهد بود .

برای هر دنده باید جهت دور خورشندی ،رینگی ، قفسه و پنیون ها را باید درنظر گرفت.

جهت چرخش رینگی و پنیون همواره موافق یکدیگرند به علت دنده داخلی بودن رینگی و جهت چرخش خورشیدی و پنیون مخالف یکدیگرند همانند دو چرخ دنده ی خارجی

بررسی یکی از حالت ها (قانون دنده سنگین )خورشیدی محرک - قفسه متحرک - رینگی ثابت

 

همانطور که مشاهده میکنید قدرت (دور) از خورشیدی که موافق عقربه های ساعت میچرخد به قفسه منتقل میشود ،چون رینگی ثابت است در نتیجه پنیون ها مخالف میچرخند. جهت چرخش قفسه (خروجی ) در جهت موافق خواهد بود چون راه گریزی ندارد.

در جدول زیر حا لت های کلی انتقال نیرو در مجموعه ی چرخدنده به نمایش در آمده است :

حالات مختلف

دنده رینگی

قفسه

خورشیدی

1

خروجی

ورودی

قفل

2

ورودی

خروجی

قفل

3

خروجی

قفل

ورودی

4

ورودی

قفل

خروجی

5

قفل

خروجی

ورودی

6

قفل

ورودی

خروجی

7

دو جزء قفل است=>حالت 1:1

8

هیچ جزئی قفل نیست=>حالت خلاص

کاربرد چرخدنده سیاره ای:

 

یک مورد کاربرد چرخدنده سیاره ای در سيستم تعويض دنده طراحي شده براي گيربكس‌هاي اتوماتيك موسوم به سيستم تعويض دنده آنتونو مي‌باشد. در گيربكس‌هاي اتوماتيك مرسوم، تعويض دنده از يك دنده به دنده ديگر به صورت پله‌اي اتفاق مي‌افتد و اين باعث تغيير لحظه‌اي سرعت مي‌گردد. در سيستم آنتونو، در حالت گذر از يك دنده به دنده ديگر، سيستم كلاچ وظيفه انتقال قدرت را بعهده مي‌گيرد، لذا هيچ وقت انتقال نيرو از موتور به چرخ منقطع نمي‌شود. همين امر موجب مي‌شود كه احساس رانندگي بهتري بوجود آيد. سيستم تعويض دنده خودكار آنتونو (AAD) از يك ايده كاملاً واضح و ساده استفاده مي‌كند. تغيير دنده‌ها بوسيله دو نيرويي كه بطور طبيعي در حين انتقال قدرت بوجود مي‌آيند صورت مي‌گيرد. دو نيرويي كه جايگزين المانهاي مصرف كننده انرژي در گيربكسهاي اتوماتيك موجود مي‌شوند. يكي از اين دو نيرو، نيروي محوري ايجاد شده در اثر درگيري چرخ‌دنده‌هاي مارپيچ است كه تمايل دارد چرخ دنده‌هاي درگير را در امتداد شفت‌هايشان از يكديگر دور كند. ديگري نيروي گريز از مركز ايجاد شده بوسيله اجسام دوار مي‌باشد. اگر تعادل بين اين دو نيرو يعني نيروي گريز از مركز و نيروي محوري در يك نمونه كلاچ بررسي شود، عملكرد اين سيستم بهتر درك مي‌شود. كاملاً باز مي‌شود. بدين ترتيب نسبت تبديل كاهنده (دنده يك) بطور يكنواخت ايجاد مي‌گردد.در حين شتاب، گشتاور از طريق شفت ورودي اعمال مي‌شود. نيروي محوري ايجاد شده از درگيري چرخ دنده‌هاي مارپيچ، چرخ‌دنده حلقه‌اي را به سمت باز شدن كلاچ رانده و آن را در وضعيت باز نگه مي‌دارد و در نتيجه انتقال قدرت از طريق مجموعه چرخ دنده سياره‌اي اتفاق افتاده و يك نسبت تبديل كاهنده دور كه اولين نسبت تبديل است شكل مي‌گيرد. در اين حالت چرخ دنده خورشيدي مجموعه سياره‌اي با كمك يك سيسم جانبي قفل است. در وضعيت انتقالي (حالت گذر از دنده يك به دو) نيروي محوري با نيروي گريز از مركز برابر مي‌شود و كلاچ شروع به لغزش مي‌كند به محض اينكه اين لغزش افزايش مي‌يابد نيروي محوري كاهش خواهد يافت. بخشي از توان از طريق كلاچ انتقال مي‌يابد كه باعث مي‌شود نيروي محوري بطور تصاعدي حذف شده و كلاچ بطور كامل بسته شود. در اين حين، نسبت تبديل بصورت پيوسته تا لحظه يكي شدن دور شفت ورودي و خروجي كه نسبت تبديل دوم است، كاهش مي‌يابد. در حين حركت در دنده دو كه هيچ نسبت تبديلي از طريق چرخ‌دنده‌ها صورت نمي‌گيرد، نيروي گريز از مركز از نيروي محوري كه در اين حالت مقدار آن صفر است بزرگتر بوده و كلاچ را همواره بسته نگه مي‌دارد. در اين حال به منظور كاهش استهلاك چرخ‌دنده‌هاي مجموعه سياره‌اي مي‌توان قفل چرخ‌دنده خورشيدي مجموعه را برداشت.

در فرايند دنده معكوس، در اثر افزايش بار روي شفت خروجي يا كاهش گشتاور روي شفت ورودي دور پايين مي‌آيد. با پايين آمدن دور، نيروي گريز از مركز كاهش يافته و ديگر براي بسته نگه داشتن كلاچ كافي نبوده و بنابراين لغزش كلاچ شروع خواهد شد. به محض شروغ لغزش مجموعه، چرخ‌دنده خورشيدي مجدداً فعال شده و در اثر نيروي محوري درگيري چرخ‌دنده‌هاي مارپيچ، كلاچ كاملاً باز مي‌شود. بدين ترتيب نسبت تبديل كاهنده (دنده يك) بطور يكنواخت ايجاد مي‌گردد.

منابع :

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

[EN-EZEL 13039]

امکان سنجی سیستم خبره برای انتخاب چرخ دنده 1- مقدمه

از آن زمان كه انسان به وجود انرژی های نهفته در طبیعت مانند آب و باد پی برد به دنبال راه حلی برای انتقال و استفاده از آن بوده است . انسان های نخستین از وسایلی همچون چرخ ، ریسمان ، سطح شیبدار ، غلتک و ... برای این منظور استفاده می کرده اند اما با گذشت زمان و ظهور انواع مختلفی از انرژی لزوم ابزار جدید انتقال و تبدیل انرژی بیشتر حس شد .

با تکامل انقلاب صنعتی استفاده از چرخ های دندانه دار برای ایجاد درگیری و رانش قطعی ، ضمن حفظ نسبت سرعت ثابت رواج یافت . به عبارت دیگر چرخ دنده ها تکامل یافته غلطک های اصطکاکی هستند که تحت اعمال بارهای حتی اندک لغزش داشته و لذا نسبت سرعت زاویه ای بین دو غلطک تغییر می یافت .

چرخ دنده ها یکی از بهترین گزینه ها برای انتقال حرکت مکانیکی دورانی با تماس و بدون لغزش هستند که از دیرباز نقش مهمی در صنعت داشته است . توانایی تغییر سرعت ، گشتاورهای پیچشی ، انتقال حرکت از محوری به محور دیگر ، تغییر زاویه محورها همراه با انتقال حرکت و به طور کلی انتقال نیرو با سرعت ، اندازه و جهت دلخواه از مزیت های استثنایی این وسیله است .

تنوع اندازه و طرح نیز در کاربرد چرخ دنده ها بسیار زیاد است . از چرخ دنده های بسیار کوچک در ساعت های مچی آنالوگ ، تا چرخ دنده های بسیار بزرگ در موتور کشتی های غول پیکر . این همه کاربرد متنوع و حساس نمایانگر اهمیت نقش بدون رقیب آنها در زندگی و صنعت است .

امروزه در علم مکانیک چرخ دنده ها از اهمیت ویژه ای برخوردارند چنانکه در رشته های دانشگاهی این علم مباحث مستقلی را به خود اختصاص داده است . مسلماً شناخت و آگاهی کامل از شکل هندسی ، روابط سینماتیکی ، تحلیل نیرو ها و گشتاورهای وارد بر انواع چرخ دنده ها برای طراحی و ساخت یک قطعه صنعتی امری اجتناب ناپذیر است.

بنابر این در هر واحد صنعتی که به نوعی با طراحی و ساخت قطعاتی برای انتقال انرژی مکانیکی سر و کار دارند وجود آگاهی از عملکرد انواع چرخ دنده ها الزامی است .

2- تعرف مسئله

همانطور که در مقدمه ذکر شد چرخ دنده ها انواع مختلف و متنوعی دارند . در صنعت مانند هر بخش دیگری استاندارد هایی برای چرخ دنده های معمول و متعارف تعریف شده است . به عنوان مثال در همه جای دنیا چرخ دنده های زنجیر دوچرخه در گروه های مشخصی قرار می گیرد . با این وجود در برخی کاربرد ها تولید کننده ها باید به صورت انحصاری و در واقع سفارشی دست به طراحی و ساخت چرخ دنده ها بزنند .

آنچه در این جا حایز اهمیت است شناخت کافی و کامل از انواع چرخ دنده های متعارف است . به همین منظور هر تولید کننده ای که قصد استفاده از چرخ دنده در محصول خود را داشته باشد باید از فرد متخصصی در این زمینه بهره بگیرد .

به طور کلی چرخ دنده ها به چهار دسته کلی تقسیم می شوند :

1. چرخ دنده های ساده ( Spur Gear )

2. چرخ دنده های مارپیچی ( Helical Gear )

3. چرخ دنده ای مخروطی ( Bevel Gear )

4. چرخ دنده های حلزونی ( Worm Gear )

که هر کدام از این چرخ دنده ها خود شامل انواع مختلفی هستند . به عنوان مثال از انواع چرخ دنده های مخروطی می توان به مستقیم ، مارپیچ ، غیر متعامد ، متنافر و... اشاره کرد .

برای روشن شدن لزوم داشتن آگاهی از عملکرد انواع چرخ دنده ها به مثال زیر توجه کنید :

فرض کنید یک کارخانه اسباب بازی سازی که ماشین های کنترلی یک کیلویی تولید می کرده اکنون قصد دارد با همان موتورها ، ماشین های سه کیلویی تولید کند . مسلماً برای اینکه توان ثابت موتور را برای به حرکت درآوردن دو کیلو سنگین تر به کار بگیرد باید از چرخ دنده هایی متفاوت با محصول قبلی استفاده کند .

همان طور که گفته شد استاندارد هایی برای چرخ دنده های متعارف تعریف شده که استفاده از آنها را برای تولید کننده هایی که سفارشی کار نمی کنند امکان پذیر می کند . با این حال تولید کننده با مساعدت فرد خبره اقدام به انتخاب و مونتاژ چرخ دنده مناسب می کند .

در واقع مراحل انتخاب چرخ دنده توسط فرد خبره به این صورت است :

ابتدا با توجه به فاصله و زاویه محور محرک و محور متحرک نوع کلی چرخ دنده را تعیین می کند . سپس با در نظر گرفتن سرعت زاویه ای شفت قطر و عمق دندانه ها را مشخص می کند . جنس چرخ دنده را با توجه به گشتاور پیچشی شفت و همچنین کاربرد محصول پیشنهاد می دهد .

جزئیات دیگر را نیز بر اساس قوانین فیزیکی مورد کاربرد در محصول و قیمت و شکل محصول مشخص می کند .

3- توجیه سیستم خبره برای حل مسئله

بدیهی است وجود دانش کامل از نحوه عملکرد و انواع چرخ دنده ها در صنایع مکانیکی الزامی است اما چرا سیستم خبره جایگزین فرد خبره شود ؟ به بیان دیگر آیا لزومی دارد که به جای فرد خبره از سیستم خبره کمک بگیریم ؟

توجیه این امر مانند توجیه جایگزینی هر expert system ِ دیگری است . از جمله دلایل عمومی برای توجیه سیستم خبره می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1. خستگی ناپذیری سیستم خبره در مقابل فرد خبره

2. دسترسی آسان و سریع به سیستم خبره در همه جا و هر زمان

3. فنا ناپذیری سیستم خبره و در نتیجه پایین آوردن ریسک

4. بی تاثیر بودن عوامل محیطی و انسانی بر سیستم خبره

اما علاوه بر دلایل بالا که به صورت کلی آورده شده است دلایل زیر می تواند وجود سیستم خبره را در این مورد توجیه کند :

1. یکی از مباحث مطرح در صنعت بحث رقابت است . مسلماً عوامل انسانی و اجتماعی که پیرامون فرد خبره در جریان است می تواند بر عملکرد و بازدهی وی تاثیر منفی بگذارد . به عنوان مثال با پیشنهاد های مخربی از سوی رقبای کارفرما مواجه شود و...

2. همانطور که گفته شد استانداردهایی که در زمینه چرخ دنده های متعارف تعریف شده معمولاً ثابتند و نیز دانش مربوطه زیاد متحول نیست . به عبارت دیگر رشد دانش در این زمینه آنقدرسریع نیست که پیوسته نیاز به بروز کردن دانش سیستم خبره ( فرد خبره ) حس شود و با وجود اطلاعات ثابت می توان تا مدت ها محصولات مورد نظر را بدون کم و کاست تولید کرد.

3. به علاوه دسترسی به فرد خبره ای که از انواع مختلف و متنوع چرخ دنده ها و عملکرد آنها اطلاع کامل داشته باشد همواره امکان پذیر نیست .

4- ریسک های پروژه

هر سیستمی که به نوعی قرار است جایگزین افراد ( خبره یا غیر خبره ) شود با ریسک هایی همراه است . از جمله می توان مقاومت نیروهای انسانی را با جایگزینی سیستم خبره نام برد . بدیهی است که هیچ کس حاضر نیست کار خود را از دست دهد و خود نیز در بیکاری خود سهیم باشد بنابر این اطلاعاتی که از طریق فرد خبره درون سازمان به دست می آید امکان دارد از جامعیت لازم برخوردار نباشد .

یکی دیگر از مشکلات سیستم های خبره بروز رسانی اطلاعات آنهاست . هرچند در این پروژه اطلاعات از سرعت رشد و تحول زیادی برخوردار نیستند اما به هر حال امکان کهنگی اطلاعات وجود دارد و بنابر این هر چند وقت یکبار باید با نظر فرد خبره سیستم را up to date کرد .

از دیگر ریسک های این پروژه امکان لحاظ نکردن هزینه تولید توسط سیستم خبره است . در شرایطی که قیمت تمام شده برای ما از فاکتورهای مهم به شمار می رود سیستم ممکن است پیشنهاداتی ارائه دهد که باعث بالا رفتن غیر ضروری قیمت تولید شود .

در کل هر سیستمی که با منابع انسانی تعامل دارد ریسک پذیر است و معمولاً نیروهای انسانی تا زمانی که از صحت عملکرد سیستم مطمئن نشده اند به خوبی با این قبیل سیستم ها ارتباط برقرار نمی کنند.

[EN-EZEL 13039]

سه در پوش شیشه نوشابه انتخاب کنید . اطمینان حاصل کنید که آنها کج و خمیده نباشند . با میخ سوراخی در کف هر یک ایجاد کنید و آنها را کنار یکدیگر روی یک تخته چوب طوری نسب کنید که با هم تماس داشته باشند . برای نصب از میخ های باریکی استفاده کنید که در پوش ها بتوانند به راحتی بچرخند . با انگشت خود و یا با یک مداد یکی از در پوشها را بچرخانید و ببینید برای بقیه چه اتفاقی می افتد .

 

 

 

مشاهده خواهید کرد که :

 

وقتی که شما یکی از درپوشها را می چرخانید ، هر سه می چرخند .

توضیح :

 

برجستگی های هر در پوش مثل دندانه های یک چرخ دنده عمل می کنند که با دندانه های چرخ بعدی درگیر شده و به اصطلاح آن را به دام می اندازد . ضمناً دقت نمایید که هر چرخ دنده در خلاف جهت چرخ دنده مجاور خود می چرخد . برای مثال ، اگر چرخ دنده میانی در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد ، دو چرخ دنده کناری در جهت عقربه های ساعت می چرخند . بنابراین چرخ دنده ها می توانند برای تعویض جهت چرخش یک محور مورد استفاده قرار گیرند . یک مثال خوب در این مورد اتومبیل است که اگر بخواهد به عقب حرکت کند جهت چرخش چرخهای خود را عوض می کند.

چرخ دنده ها علاوه بر تغییر جهت ، برای تغییر نیرو یا سرعت نیز بکار کی روند . وقتی چرخ دنده کوچکی بوسیله یک چرخ دنده بزرگ می چرخد ، افزایش سرعت در کار است . اگر چرخ دنده بزرگی بوسیله یک چرخ دنده کوچک بچرخد افزایش نیرو بوجود آمده است .

دندانه های اطراف چرخ دنده ها مانع از لغزش و سرخوردن آنها می شود . پس ملاحظه می نمایید که چرخ دنده ها نوعی چرخ و محور می باشند .

چرخ دنده های تخم مرغ زنی و یا چرخ دنده های یک ساعت کهنه را برای اقبات موارد فوق امتحان کنید . همچنین زنجیر دوچرخه ای که چرخ دنده های ان را به هم مربوط می کند ملاحظه نمایید .

[EN-EZEL 13039]

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

 

چکیده :

در این مقاله عوامل خستگی و شکست دندانه های چرخدنده مورد بررسی قرار گرفته است. عواملی که باعث خستگی دندانه و در نهایت شکست آن می شوند عبارتند از : 1ـ شکست حاصل از ممان های خمشی 2ـ سایش 3ـ کندگی 4ـ خراش که هر یک از عوامل خود به چند دسته تقسیم می شوند.

این عوامل ممکن است بر اثر نقص هایی باشد که در خود دندانه وجود دارد یا ممکن است بوسیله عملکرد سایر قطعاتی که در مجموعه چرخدنده ای بکار رفته اند ایجاد شوند. وقتی با یک دندانه آسیب دیده مواجه می شویم براحتی نمی توان در مورد علت آسیب قضاوت کرد زیرا این امر مستلزم تجربه کافی و تحقیقات دقیق می باشد. با این حال در این مقاله سعی شده است بصورت کلی با این پدیده ها آشنا شویم.

واژه های کلیدی :

سایش، خستگی سطحی، تغییر شکل پلاستیک، شکست

 

مقدمه :

طراحان چرخدنده همیشه از این موضوع تعجب می کنند که چرا بعضی از چرخدنده ها بهتر و بیشتر از آنچه در فرمول های طراحی انتظار می رفت کار می کنند در حالیکه تعدادی دیگر حتی وقتی در داخل محدوده طراحی، بارگذاری شده اند ناگهان دچار شکست می شوند.

به همین دلیل لازم است که عوامل خستگی چرخدنده به دقت بررسی شود.

انجمن چرخدنده سازان آمریکا (AGMA) خستگیهای چرخدنده را به 5 دسته کلی زیر تقسیم می نماید:

1ـ سایش (wear)

2ـ خستگی سطحی

3 ـ تغییر شکل پلاستیک (plastic flow)

4ـ شکست دندانه

5ـ شکست های خستگی که 2 یا چند عامل فوق را با هم دارند.

هر یک از این دسته ها خود به چند نوع و شکل مختلف تقسیم می شود که در نهایت یک مهندس که در زمینه چرخدنده کار می کند با 18 شکل مختلف از خستگی چرخدنده مواجه می شود. به همین دلیل در مواجه با یک چرخدنده آسیب دیده باید تلفیقی از علم و هنر آنالیز صحیح را بکار برد. اگر آنالیز خستگی بطور صحیحی انجام نشود ممکن است علت خستگی چیزی غیر از علت اصلی تشخیص داده شود که در این صورت طراح را به سمت ساخت یک مجموعه چرخدنده ای بزرگتر از آنچه که نیاز است هدایت می کند در حالیکه طراحی جدید نیز ممکن است دارای همان عیب قبلی باشد زیرا عامل اصلی تخریب هنوز تصحیح نشده است. به عنوان مثال یک چرخدنده که در سرعت بالا کار می کند ممکن است برای ماهها دارای ارتعاش قابل قبولی باشد اما ناگهان علائم ارتعاش با دامنه بالا پدیدار می شود. تحقیقات دقیق روشن می کند در مدتی که چرخدنده کار می کرده دندانه ها دچار سایش شده اند و در نتیجه فاصله بین دندانه ها افزایش یافته که همین عامل باعث افزایش دامنه ارتعاش چرخدنده شده است. پس مشکل اصلی سایش دندانه ها است نه ارتعاش و ارتعاش باید به عنوان یک عامل ثانویه در نظر گرفته شود. نکته مهم دیگری که باید در نظر گرفته شود این است که گاهی طراحی چرخدنده صحیح است ولی چرخدنده بر اثر رفتار سایر قطعاتی که در مجموعه چرخدنده ای شرکت دارند یا سایر عوامل (محیط، خطای نصب و استقرار و …) دچار خستگی ناخواسته می شود. به عنوان مثال فرض کنید محور یک توربین توسط یک اتصال کوپلینگ به محور پینیون وصل شده است، در صورتیکه این اتصال در انتقال نیرو دارای خطای زیادی باشد یعنی نیرو را طوری انتقال دهد که نیروهای شعاعی و محوری بیشتر از آنچه در طراحی در نظر گرفته شده به پینیون وارد شود در آنصورت پینیون و یاتاقان محور آن به سرعت دچار سایش یا حتی شکست می شوند. بنابراین راه حل طراحی مجدد پینیون یا تعویض یاتاقان محور آن نیست بلکه باید در وضعیت اتصال (coupling) تجدید نظر کرد.

با این مقدمه به سراغ انواع خستگی هایی که در یک چرخدنده رخ می دهد می رویم. تذکر این نکته ضروری است که منظور از شکست خستگی در یک چرخدنده، گسیختگی (جدا شدن) دندانه نمی باشد بلکه هر عاملی که باعث شود چرخدنده از شرایط کاری مطلوب خارج گردد به عنوان یک نوع شکست خستگی محسوب می شوند. لذا سایش نیز برای چرخدنده نوعی شکست خستگی محسوب می شود.

 

1ـ سایش (wear) :

از نقطه نظر یک مهندس چرخدنده، سایش عبارتست از زدوده شدن یکنواخت یا غیر یکنواخت فلز از روی سطح دندانه.

علل اصلی سایش دندانه‌، تماس فلز به علت نامناسب بودن ضخامت لایه روغن، ذرات ساینده موجود در روغن که با شکستن لایه روغن باعث سایش سریع یا ایجاد خراش می گردند و سایش شیمیایی به علت ترکیب روغن و مواد افزوده شده است به آن می باشند. سایش باعث کم شدن ضخامت دندانه و تغییر شکل پروفیل آن می گردد که در نتیجه شکل پروفیل دندانه از حالت مطلوب (مثلا منحنی اینولوت) خارج شده و خواص آن از بین می رود. سایش بخصوص در چرخدنده هایی که باید برای مدت نامحدود با سرعت بالا کار کنند یک پدیده بسیار مهم است. البته سایش همیشه یک عامل منفی نیست بلکه وجود مقدار بسیار ظریفی سایش باعث اصلاح دندانه های درگیر با هم و هماهنگ شدن آنها می شود. پولیش کــــردن (polishing) که یک نوع عملیات پرداخت بسیار ظریف است نیز به معنای سائیدن قطعه به مقدار بسیار کمی می باشد.

در شکل 1 مراحل رشد سایش در دندانه های چرخدنده ای با سختی قابل ماشینکاری نشان داده شده است. در مرحله اول سایش در حد پرداخت دندانه ها می باشد که کمترین مقدار آن در حدود خط گام رخ می دهد. علاوه بر آن کندگیهای ریزی در نزدیک ریشه دندانه مشاهده می شود. در مرحله دوم در سردندانه تغییر شکل پلاستیک که البته مقدار آن بسیار کوچک است آغاز می گردد. علاوه بر اینکه سایش و کندگی در نزدیک ریشه بیشتر شده است و این روند تا مرحله چهارم ادامه می یابد. همانطور که مشاهده می کنید در تمامی این مراحل منطقه نزدیک خط گام از کمترین سایش برخوردار است. (زیرا از نظر تئوری در نقطه گام غلتش محض و از نظر عملی مقدار ناچیزی لغزش وجود دارد) به همین علت در مرحله چهارم، منطقه خط گام بیشتر بار را انتقال خواهد داد که این عمل باعث افزایش تنش های تماسی در منطقه خط گام و اغلب منجر به کندگی این ناحیه می گردد. در نتیجه چرخدنده دچار شکست شده و از حالت کاری مطلوب خارج خواهد شد. کاهش بار انتقالی و افزایش کیفیت روغنکاری برای بهبود این وضعیت بسیار مفید خواهد بود. توجه کنید که سایش را می توان مقدمه ظهور سایر شکست ها در دندانه دانست. بر اثر سائیده شدن دندانه ضخامت آن کاهش می یابد. لذا علاوه بر کاهش مقاومت خمشی، در آغاز درگیری ضربه زیادی بر دندانه وارد می شود که ممکن است باعث شکست دندانه شود. علاوه بر آن تغییر شکل پروفیل دندانه باعث تمرکز تنش در بعضی نقاط روی سطح دندانه می شود که ممکن است باعث کندگی و یا شکست دندانه شود. در صورتی که علت سایش وجود مواد خارجی مانند براده های ماشین کاری ، باقیمانده های سنگزنی و یا موادی که به طریقی وارد فضای کاری چرخدنده ، شده اند باشد به این سایش، اصطکاک ساینده (abrasive wear) گویند. اما در صورتی که عامل سایش مواد شیمیایی موجود در روانساز یا مواد آلوده کننده ای مانند آب، نمک رطوبت محیطی و … باشد به آن اصطکاک خورنده (corrosvie wear) گویند. اما شاید مهمترین سایش، سایشی باشد که ناشی از شکسته شدن موضعی لایه روغن به علت حرارت بیش از حد، می باشد که باعث تماس فلز با فلز و اصطکاک چسبنده به شکل یک جوش و یا پارگی و یا خراش می شود که اصطلاحا به این نوع سایش scuffing گویند که خود به چند نوع نقسیم می شود. بطور کلی مستعدترین مکان ها برای این نوع سایش، سر و ته دندانه می باشد. (برای توضیحات بیشتر به منبع دوم مراجعه نمائید.) از روش های جلو گیری از این نوع سایش می توان افزایش ویسکوزیته روغن، افزایش سختی چرخدنده، پرداخت خوب سطح دندانه و در بعضی مواقع اصلاح پروفیل دندانه و تاج گذاری دندانه (crowing) که در این روش وسط دندانه به صورت یک برآمدگی، بالا می آید و بدین ترتیب بیشتر بار توسط این قسمت منتقل می شود را نام برد.

2ـ تغییر شکل پلاستیک (plastic flow) :

این نوع شکست وقتی حاصل می شود که سطوح تماس تسلیم شده و تحت بار سنگین تغییر شکل دهند. معمولا این نوع شکست در نوک و در دو انتهای (طرفین) دندانه رخ می دهد. اما در مواقعی که نیروهای لغزشی در سطح دندانه زیاد باشند تغییر شکل در سراسر دندانه مشاهده می شود. بطوریکه سطح دندانه بصورت موج موج در می آید. (به این نوع تغییر شکل پلاستیک rippling گویند) برای جلو گیری از تغییر شکل دندانه می توان بار اعمالی را کم کرده یا بر سختی دندانه افزود. نوع دیگری از تغییر شکل پلاستیک که به علت سرعت لغزشی بالا در حلزون ها و چرخ حلزون ها و چرخدنده های هیپوئید مشاهده می شود شیار شیار شدن سطح دندانه است که به این نوع تغییر شکل Ridging (شیار شیار شدن یا چروک شدن) گویند.

3ـ شکست دندانه :

شکست دندانه چرخدنده، شکستی است که در آن تمام یا قسمت قابل توجهی از یک دندانه بر اثر بارگذاری بیش از حد، ضربه یا اغلب بر اثر تنش های خمشی مکرری که بیش از مقدار حد دوام ماده چرخدنده است، از چرخدنده جدا می شود. این نوع از شکست حاصل خستگی خمشی دندانه تحت بار خمشی وارد بر آن می باشد.

در بررسی شکست دندانه بررسی چند موضوع ضروری است :

1ـ3ـ نقطه کانونی :

نقطه کانونی، نقطه ای است که شکست از آنجا آغاز می شود. این نقطه ممکن است یک شیار یا پارگی در ناحیه منحنی ریشه (Root fillet) ، یکی از ترکهایی که بر اثرعملیات حرارتی در سطح قطعه بوجود می آید و یا نقطه اتصال بین منحنی ریشه دندانه به منحنی پروفیل دندانه (این نقطه از نظر تئوری ضعیف ترین نقطه در مقابل تنش های خمشی است) باشد.

2ـ3ـ خورندگی مخرب (Fretting corrosion) :

در طول زمانی که ترک در حال رشد است روغن به درون آن نفوذ کرده و هر گاه دندانه وارد درگیری می شود فشار هیدرولیکی زیادی تولید می کند که این فشار باعث تخریب و اشاعه ترک به زیر سطح دندانه چرخدنده می شود.

3ـ3ـ شکست براثر بارگذاری بیش از حد مجاز (over load Breakage) :

اگر شکست دندانه به علت بارگذاری بیش از حد مجاز یا بر اثر ضربه رخ داده باشد معمولا سطح شکسته شده به صورت ریش ریش است، حتی اگر دندانه کاملا سخت شده باشد. با این حال سطح شکست شبیه رشته های یک ماده پلاستیکی است که جدا جدا پیچانده شده اند.

4ـ3ـ موقعیت شکست :

معمولا شکست دندانه های چرخدنده از ناحیه منحنی ریشه بخصوص در منطقه پیوستن منحنی ریشه به منحنی پروفیل دندانه، آغاز می شود. (یک تیر یک سردرگیر در تکیه گاه دارای ضعیف ترین مقطع است). گاهی اوقات کندگی خط گام به قدری شدید است که باعث شروع شکست دندانه از خط گام می شود. گاهی اوقات نیز انطباق تداخلی ناخواسته ای که بین دندانه های درگیر رخ می دهد یا تنش های پسماند عملیات حرارتی باعث می شود که شکست در ناحیه ریشه در وسط دو دندانه آغاز شود. در برخی موارد نیز نقص های ساختاری که در عملیات آهنگری (forging) قطعه ایجاد شده باعث می شود که دندانه از نقطه ای غیر قابل پیش بینی بشکند.

4ـ کندگی در دندانه های چرخدنده (pitting) :

کندگی عبارتست از شکست خستگی حاصل از تنش های تماسی (hertzian stresses) که باعث می شود قسمت هایی از سطح دندانه چرخدنده بصورت حفره کنده شود. بر اساس شدت خسارتی که به سطح خورده است می توان کندگی را به سه دسته تقسیم کرد:

1ـ4 ـ کندگی اولیه :

در این کندگی، قطر حفره ها بسیار کوچک و در حد 0.4 تا 0.8 میلیمتر می باشد. این کندگی در نقاطی رخ می دهد که تنش از حد مجاز تجاوز نماید و بدین وسیله تمایل دارد تا با کندن این نقاط از روی سطح، بار را دوباره پخش نماید. بدین ترتیب با پخش هموارتر بار، عمل کندگی کاهش یافته و در نهایت متوقف می شود. به همین دلیل به این نوع کندگی، کندگی تصحیح کننده (corrective pitting) نیز گویند.

2ـ4 ـ کندگی مخرب (destructive pitting) :

این نوع کندگی نسبت به کندگی اولیه شدیدتر و قطر حفره های کندگی نیز بزرگتر است و وقتی بوجود می آید که تنش سطحی در مقایسه با حد دوام ماده بزرگ باشد. در این نوع کندگی در صورتی که بار کاهش نیابد کندگی بطور پیوسته ادامه می یابد تا جائی که چرخدنده باید از سرویس خارج شود.

3ـ4 ـ کندگی خرد کننده (spalling) :

این نوع کندگی حالت شدیدتر کندگی مخرب است که کندگی ها دارای قطر بزرگتری بوده و ناحیه قابل توجهی را در برمی گیرد. کندگی خرد کننده معمولا پس از کندگی مخرب روی می دهد و علت آن خستگی سطحی سطوح باقیمانده (سطوح کنده نشده توسط کندگی مخرب)‌ و یا راه یافتن حفره های حاصل از کندگیهای مخرب به یکدیگر می باشد.

وقوع کندگی مخرب یا خرد کننده حاکی از عدم تحمل تنش های تماسی توسط سطح می باشد در بعضی موارد افزایش سختی ماده یا استفاده از موادی که کربوره یا نیتریده شده اند به جای مواد فعلی می تواند این مشکل را حل کند در غیر این صورت یک طراحی مجدد باید انجام شود که در آن ضخامت دندانه یا فاصله مراکز دو چرخدنده افزایش می یابد (افزایش فاصله مراکز بار انتقالی را کاهش می دهد)در درگیری میان چرخدنده و پینیون، پینیون از استعداد بیشتری برای کندگی برخوردار است زیرا معمولا ‌به علت کوچکتر بودن نسبت به چرخدنده، تعداد دور بیشتری می زند و در نتیجه بیشتر در معرض تنش های سطحی قرار می گیرد. ثانیا در صورتی که پینیون به عنوان راننده (driver) بکار رود (که اغلب چنین است) جهت نیروهای لغزش از خط گام به سمت طرفین خط گام می باشد که این عامل باعث می شود ماده در ناحیه خط گام تحت کشش قرار گرفته و آماده ترک شود. (برای توضیحات بیشتر به منبع دوم مراجعه فرمائید)

نتیجه :

با توجه به مباحث فوق،‌ نمودار تجربی نشان داده شده در شکل 6 را به عنوان حاصل بحث مورد توجه قرار دهیم. این نمودار حاصل آزمایش و انجام تستهای تجربی بر روی یک چرخدنده نوعی می باشد که نتایج آن برای سایر چرخدنده ها نیز قابل تعمیم است. در این نمودار که برحسب گشتاور و سرعت خطی گام رسم شده 5 ناحیه مختلف را مشاهده می کنید. در ناحیه اول، از آنجا که سرعت چرخدنده آن قدر زیاد نیست که بتواند لایه روغن هیدرو دینامیکی را تشکیل دهد. لذا این ناحیه اغلب با خستگی سایشی مواجه می شود. در ناحیه سوم با اینکه سرعت برای تشکیل یک لایه روغن مناسب است اما سرعت به قدری بالا است که حرارت ناشی از آن باعث شکسته شدن لایه روغن شده و در نتیجه پدیده خراش (scoring) یا جوش خوردگی رخ می دهد. در ناحیه چهارم کندگی رخ می دهد. این پدیده از آنجا که یک نوع شکست خستگی است لذا وابسته به زمان و بار اعمالی می باشد و در صورتی که نتش های تماسی بیش از حد دوام ماده باشد در هر سرعتی بالاخره رخ خواهد داد. لذا این ناحیه در تمامی نواحی بالای حد دوام مشاهده می شود. در ناحیه پنجم دندانه بیشترین استعداد را برای شکسته شدن دارد. علت اصلی شکست در این ناحیه ضعیف شدن سطح مقطع دندانه بر اثر سایش، تغییر شکل پروفیل دندانه و تمرکز تنش در برخی نقاط بخصوص در ناحیه‏ ریشه بر اثر سایش یا شوک و ضربه وارد به دندانه بر اثر سایش و بالاخره خستگی خمشی می باشد. بنابراین طراح باید سعی کند برای یک عمر نامحدود، شرایط کاری چرخدنده را در ناحیه دوم قرار دهد.

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

__________________

[serj 34]

باعرض سلام خسته نباشید.

از شما درخواست داشتم مطلبی درمورد چرخ دنده تراشی توسط دستگاه فرز را بگذارید.

با تشکر.

[EN-EZEL 13039]

باعرض سلام خسته نباشید.

از شما درخواست داشتم مطلبی درمورد چرخ دنده تراشی توسط دستگاه فرز را بگذارید.

با تشکر.

همه چیز در مورد انواع عملیات های تراشکاری

مرجع:همه چیز در مورد ماشین ابزار و ماشین کاری

[serj 34]

با عرض سلام و خسته نباشید.

من که مطلبی با عنوان (چرخ دنده تراشی توسط دستگاه فرز)پیدا نکردم.

لطفا کمک کنید.

با تشکر.

[EN-EZEL 13039]

با عرض سلام و خسته نباشید.

من که مطلبی با عنوان (چرخ دنده تراشی توسط دستگاه فرز)پیدا نکردم.

لطفا کمک کنید.

با تشکر.

در اسرع وقت مطلب مورد نظر شما رو قرار میدم

[S.F 24932]

اگه سوال تخصصی می پرسید .

لطفا کامل باشه . مثلا بهتر بود موارد زیر رو تعیین می کردید

چه نوع چرخ دنده ای ؟

با چه نوع فرزی ؟

محاسبات هم داشته باشه ؟

خوب این هم چند نمونه . ولی اگه دقیق بگی چی می خوای بهتره .

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

2

[serj 34]

با عرض سلام و خسته نباشید.

بله.چرخ دنده ساده.دستگاه فرز عمودی یا افقی فرقی نداره.محاسبات هم داشته باشه.

با تشکر فراوان

[S.F 24932]

حالا شد .

اینها رو از خودم می نویسم . ولی اگه مقاله می خوای باید بگردم

 

تراش چرخ دنده های ساده روی ماشین فرزبادستگاه تقسیم

روش کار به این ترتیب است که پس ازفرز کردن یک شیاربه کمک تیغچه مدولی دستگاه تقسیم رابه اندازه یک دنده گردانده وشیار بعدی رافرزمی کنیم واین کارراتاتمام شدن تعداد دندانه هاادامه می دهیم چون تهیه تیغچه فرزهای مدولی باهرمدول دلخواه ازنظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست لذا کارخانجات سازنده اینگونه تیغچه فرزها فقط تیغچه فرزهای استاندارد را میسازندجدول زیر مدول های استاندارد را نمایش میدهد.

 

دستگاه تقیسیم که می دونی همون دستگاه تایکوفه .